Ayo Kenali Kimia Larutan dengan Memahami Konsep Asam-Basa,pH,Hidrolisis dan Larutan Penyangga

Larutan adalah campuran homogen dari dua macam zat atau lebih titik larutan dapat berupa larutan elektrolit dan larutan non elektrolit. Di dalam larutan terkandung suatu zat (asam dan basa) yang merupakan penghasil dan pendukung suatu larutan.Asam dan basa merupakan dua golongan zat kimia yang sangat penting dalam kehidupan sehari-hari. Berkaitan dengan sifat asam basa larutan dikelompokkan dalam tiga golongan yaitu bersifat asam, bersifat basa, dan bersifat netral.  Istilah asam berasal dari kata Latin acidus (asam), yang berkaitan dengan kata acer (tajam) dan acetum (cuka). Cuka adalah larutan air dari asam asetat. Sedangkan istilah alkali (basa) berasal dari bahasa Arab al-qali, yaitu abu dari suatu tanaman yang berkaitan dengan daerah rawa garam dan padang pasir. Sebelumnya, sumber kata dari basa adalah abu hasil pembakaran kayu.

Sifat yang berkaitan erat dengan asam adalah rasanya asam, rasa seperti ditusuk jarum apabila terkena kulit, kemampuannya melarutkan sebagian besar logam, dan kemampuannya melarutkan batu kapur dan mineral karbonat lainnya. Basa memiliki rasa pahit dan licin, sifat dasar basa banyak ditemukan pada sabun dan zat pembersih peralatan rumah tangga lainnya. Sifat asam atau basa yang diuraikan sebelumnya masih sangat umum dan terbatas. Untuk untuk itu perlu dipahami lebih lanjut mengenai teori asam. Pada dasarnya ada 3 teori berbeda untuk mendefinisikan suatu zat bersifat asam atau basa. Teori tersebut dikenal dengan teori asam basa Arrhenius, teori asam basa bronsted lowry, dan teori asam basa Lewis.

1. KONSEP ASAM-BASA

Dalam kehidupan sehari-hari kita sering menjumpai bahan-bahan yang bersifat asam ataupun basa. Diantara bahan yang bersifat asam adalah jeruk, cuka (asam asetat), vitamin C (asam askorbat), aspirin (asam asetilsalisilat), asam lambung (asam klorida). Bahan yang bersifat basa antara lain adalah obat maag cair (magnesium hidroksida), kapur sirih, soda kaustik, dan air sabun. Asam basa sangat penting dalam proses industri dan sangat diperlukan dalam mempertahankan sistem biologis. Kita dapat membedakan asam dan basa dari sifat-sifatnya. Sifat asam atau basa yang diuraikan sebelumnya masih sangat umum dan terbatas. Untuk itu perlu dipahami lebih lanjut mengenai teori asam. Pada dasarnya ada 3 teori berbeda untuk mendefinisikan suatu zat bersifat asam atau basa. Teori tersebut dikenal dengan teori asam basa Arrhenius, teori asam basa Bronsted Lowry, dan teori asam basa Lewis.

1) Teori  Asam Basa Arrhenius

Arrhenius mengemukakan suatu teori dalam disertasinya (1883) yaitu bahwa senyawa ionik dalam larutan akan terdissosiasi menjadi ion-ion penyusunnya. Menurut Arrhenius, asam adalah zat/senyawa yang dapat menghasilkan H+ (ion hydrogen) dalam air. Namun ion hidrogen tidak bebas dalam air, tetapi berikatan koordinasi dengan oksigen dari molekul air membentuk ion hidronium (H3O+) dalam air. Namun untuk kepraktisan penulisan ion H3O+ dalam air tersebut ditulis dengan H+(aq).

• Contoh reaksi       : HCl(aq)  H+(aq) +  Cl- (aq)
• 
  

Secara umum asam Arrhenius dirumuskan sebagai HxA yang didalam air mengalami ionisasi sebagai berikut.

• HxA + xH2O                xH3O+ +  Ax-
• X = valensi asam
• Ax- = ion sisa asam

Jadi pembawa sifat asam adalah H+ (atau H3O+). Jumlah H+ yang dapat dilepaskan oleh satu molekul asam disebut valensi asam, sedangkan ion negatif yang terbentuk dari asam setelah melepaskan ion H+ disebut ion sisa asam.

Contoh Reaksi Ionisasi Asam

Molekul asam yang melepaskan satu H+disebut asam monoprotik, contoh HF, HCl, HBr, dan lain-lain. Molekul asam yang melepaskan dua H+ disebut asam diprotik, contoh H2SO4, H2S, dan lain-lain. Molekul asam yang melepaskan tiga H+ disebut asam triprotik, contoh H3PO4. Reaksi pelepasan H+ pada asam diprotrik dan triprotik terjadi bertahap, sesuai dengan rekasi berikut.

Diprotik:   H2SO4(aq) H+(aq) + HSO4-(aq)

                HSO4-(aq) H+(aq) + SO42-(aq)

Triprotik: H3PO4(aq) H+(aq) + H2PO4-(aq)

                 H2PO4-(aq) H+(aq) + HPO42-(aq)

                 HPO42-(aq) H+(aq) + PO43-(aq)

Basa menurut Arrhenius adalah zat/senyawa yang dapat menghasilkan OH- (ion hidroksida) dalam air. Basa bisa berupa hidroksida logam, oksida logam, ion oksida. Untuk hidroksida logam M(OH)x dalam air teruarai sebagai berikut.

M(OH)x    M+  + XOH-

Contoh                : NaOH(aq)    Na+(aq)+ OH--(aq)

Jumlah OH- yang dapat dilepaskan oleh satu molekul basa disebut valensi basa.

Sedangkan untuk oksida logam, misalnya CaO dalam air akan mengalami reaksi sebagai berikut.

                             CaO(s) +H2O Ca(OH)2(aq)                                    

                           Ca(OH)2(s) Ca2+(aq) + OH-

Ion oksida dalam air akan mengalami reaksi:

                            O2- +H2O 2OH-

Contoh Reaksi Ionisasi Basa

Arrhenius mengusulkan teori disosiasi elektrolit yang menyatakan bahwa elektrolit seperti asam, basa dan garam terdisosiasi menjadi ion-ion komponennya dalam air. Beberapa elektrolit terdisosiasi sempurna (elektrolit kuat) tetapi hanya beberapa terdisosiasi sebagian (elektrolit lemah). Teori asam basa berkembang pesat berlandaskan teori ini.

2) Teori Asam Basa Bronsted-Lowry

Padatahun 1923, Johannes Bronsted (Denmark) dan Thomas Lowry (Inggris) mempublikasikan tulisan yang mirip satu-sama lain secara terpisah. Pendekatan teori asam-basa Bronsted-Lowry tidak terbatas hanya pada larutan berair, tetapi mencakup semua sistem yang mengandung proton (H+).

Menurut Bronsted-Lowry:

• Asam: zat/senyawa yang dapat mendonorkan proton (H+) bisa berupa kation ataumolekul netral.
• Basa: zat/senyawa yang dapat menerima proton (H+), bisa berupa anion atau molekulnetral.

Kelebihan Teori Asam-Basa Bronsted Lowry

Konsep asam basa dari Bronsted-Lowry ini lebih luas daripada konsep asam basa Arrhenius karena:

Konsep asam basa Bronsted-Lowry tidak terbatas dalam pelarut air, tetapi juga menjelaskan reaksi asam basa dalam pelarut lain atau bahkan reaksi tanpa pelarut.

Asam basa Bronsted-Lowry tidak hanya berupa molekul tetapi juga dapat berupa kation atau anion. Konsep asam basa Bronsted-Lowry dapat menjelaskan sifat garam dari NH4Cl. dalam NH4Cl yang bersifat asam adalah ion NH4+ karena dalam air dapat melepas proton.

Kekurangan Teori Asam Basa Bronsted-Lowry

1. Teori ini memang dapat bekerja untuk semua pelarut protik, pelarut yang dapat melepaskan proton (seperti asam asetat, air, amonia cair, dan lain lain) tetapi teori ini tidak dapat menjelaskan perilaku asam-basa dalam pelarut aprotik, pelarut yang tidak dapat mendonorkan atau melepaskan ion H+, seperti benzena dan dioksan.
2. Gagal menjelaskan reaksi antara oksida asam seperti CO2, SO2, SO3 dan lain-lain. dengan oksida basa seperti CaO, BaO, MgO dan lain-lain yang kemudian dapat menghasilkan suatu garam. Yang terjadi bahkan tanpa adanya pelarut.

Misal:

CaO + SO3 CaSO4

CaO + CO2 CaCO3.

Pada reaksi tersebut tidak ada transfer proton.Teori ini gagal menerangkan mengapa senyawa yang tidak mengandung ion H+ tetapi memiliki sifat asam, seperti AlCl3, BF3.

3) Teori Asam Basa Lewis

Pada tahun 1923 G.N Lewis Seorang ahli kimia dari Amerika Serikat memperkenalkan teori asam dan basa yang tidak melibatkan transfer proton tetapi melibatkan penyerahan dan penerimaan pasangan elektron bebas. Lewis mengemukakan teori baru tentang asam dan basa sehingga partikel ion atau molekul yang tidak mempunyai atom hidrogen atau proton dapat diklasifikasikan ke dalam asam dan basa.

Beberapa keunggulan asam basa Lewis yaitu sebagai berikut.

a. Teori Lewis dapat menjelaskan sifat asam basa dalam perut lain ataupun tidak mempunyai pelarut.

b. Teori asam basa Lewis dapat menjelaskan sifat asam basa dari zat terlarut yang tidak menghasilkan H+ atau OH- ( seperti teori Arrhenius) dan tidak melibatkan transfer proton (seperti teori Bronsted-Lowry). Teori Lewis melalui serah terima pasangan elektron bebas.

c. Dapat menerangkan sifat basa dari zat-zat organik seperti DNA dan RNA yang mengandung atom nitrogen yang memiliki pasangan elektron bebas.

KONSEP pH

pH adalah derajat keasaman yang dipakai untuk mencetuskan tingkat keasaman atau kebasaan yang dimiliki oleh suatu larutan. pH dirumuskan sebagai kologaritma aktivitas ion hidrogen (H+) yang terlarut. Koefisien aktivitas ion hidrogen tidak mampu diukur secara eksperimental, sehingga nilainya didasarkan pada perhitungan teoritis. Skala pH bukanlah skala absolut. Dia bersifat relatif terhadap sekumpulan larutan standar yang pH-nya ditentukan berlandaskan persetujuan internasional.

Konsep pH pertama kali diperkenalkan oleh kimiawan Denmark Sren Peder Lauritz Srensen pada tahun 1909. Tidaklah diketahui dengan pasti makna singkatan "p" pada "pH". Beberapa rujukan mengisyaratkan bahwa p berasal dari singkatan sebagai power (pangkat), yang lainnya merujuk kata bahasa Jerman, Potenz (yang juga berarti pangkat), dan mempunyai pula yang merujuk pada kata potential. Jens Norby mempublikasikan suatu karya ilmiah pada tahun 2000 yang berargumen bahwa p adalah suatu tetapan yang berarti "logaritma negatif".

Indikator asam basa atau indikator pHadalah senyawa kompleks yang bisa bereaksi dengan asam dan basa. Indikator digunakan untuk mengidentifikasi apakah suatu zat bersifat asam atau basa. Selain itu, indikator juga digunakan untuk mengetahui titik tingkat kekuatan asam atau basa. Skala keasaman dan kebasaan ditunjukkan oleh besar-kecilnya nilai pH yang skalanya dari 0 sampai dengan 14. Semakin kecil nilai pH maka senyawa tersebut semakin asam. Sebaliknya, semakin besar nilai pH maka senyawa tersebut semakin bersifat basa.

Prinsip kerja dari indikator asam basa yaitu berdasarkan prinsip reaksi asam basa. Jika suatu indikator bersifat asam lemah, maka larutan asam dan basa konjugasinya akan menghasilkan warna yang berbeda. Jika indikator adalah basa lemah, maka basa dan asam konjugasinya akan menghasilkan warna berbeda.Secara umum, indikator bersifat asam lemah atau basa lemah (memiliki pH mendekati 7). Hanya jumlah kecil larutan asam atau basa yang ditambahkan dalam indikator dapat digunakan untuk menentukan pHnya. Indikator asam basa yang baik menghasilkan perubahan warna yang signifikan sesuai dengan pHnya sehingga memudahkan dalam mengevaluasi pH larutan yang diuji.

HIDROLISIS

Pencampuran larutan asam dengan larutan basa akan menghasilkan garam dan air. Namun demikian, garam dapat bersifat asam, basa maupun netral. Garam terdiri atas kation (ion positif) dan anion (ion negatif). Kation atau anion dari garam ada yang dapat bereaksi dengan air dan ada yang tidak dapat bereaksi dengan air. Kation garam berasal dari basa dan anion dari asam. Asam dan basamerupakan larutan elektrolit. Kation dan anion yang berasal dari elektrolit kuat (asam kuat dan basa kuat) tidak bereaksi dengan air (tidak terhidrolisis). Sementara itu yang berasal dari elektrolit lemah (asam lemah dan basa lemah) dapat bereaksi dengan air (terhidrolisis). Sifat larutan garam dapat dijelaskan dengan konsep hidrolisis. Hidrolisis merupakan istilah yang umum digunakan untuk reaksi zat dengan air (hidrolisis berasal dari kata hydro yang berarti air dan lysis yang berarti peruraian). Menurut konsep ini, komponen garam (kation atau anion) yang berasal dari asam lemah atau basa lemah bereaksi dengan air (terhidrolisis). Secara singkat, hidrolisis garam adalah reaksi kation atau anion dari suatu garam dengan air.

LARUTAN PENYANGGA

Suatu larutan bila ditambah asam akan turun pH-nya karena memperbesar konsentrasi H+. Sebaliknya, bila ditambah basa akan menaikkan pH karena meningkatkan konsentrasi OH. Seterusnya, suatu larutan asam atau basa bila ditambah air akan mengubah pH, karena konsentrasi asam atau basanya akan mengecil. Ada larutan yang bila ditambah sedikit asam, basa atau air tidak mengubah pH secara berarti. Larutan seperti itu disebut larutan penyangga. Larutan penyangga adalah suatu larutan yang mampu mempertahankan (menyangga) pH sistem pada kisarannya apabila terjadi penambahan sedikit asam, penambahan sedikit basa, atau terjadi pengenceran. Kemampuan larutan penyangga mengatasi perubahan pH dalam sistem dikarenakan larutan penyangga memiliki komponen asam dan basa. Pada umumnya, komponen asam dan basa tersebut berupa pasangan asam basa konjugasi yakni asam lemah dengan basa konjugasinya (HA/A-) atau basa lemah dengan asam konjugasinya (B/BH+) yang berada dalam keadaan setimbangan.

Prinsip kerja larutan penyangga asam lemah/basa konjugasinya (HA/A-) dan basa lemah/asam konjugasinya (B/BH+) didasarkan atas kesetimbangan komponen asam-basa konjugasi dari larutan penyangga. Upaya mengubah pH berupa penambahan sedikit asam (H+) atau basa (OH-), atau pengenceran (penambahan H2O) akan mengubah konsentrasi komponen dari asam atau basa (HA/A atau B/BH+) larutan penyangga. Akibatnya kesetimbangan akan bergeser sampai diperoleh kesetimbangan yang baru. Penambahan sedikit asam, sedikit basa, danair tidak akan mengubah pH larutan penyangga.

a. Larutan Penyangga Asam (HA/A-)

• Penambahan sedikit asam (H+) yaitu Asam H+ akan bereaksi dengan komponen basa A- menghasilkan HA. Reaksi yang terjadi menyebabkan penurunan konsentrasi A- dan kenaikan konsentrasi HA. Reaksi yang terjadi: A-(aq) + H+(aq) HA(aq) Penambahan sedikit basa (OH-)
• Basa OH- akan bereaksi dengan komponen asam HA menghasilkan A dan H2O. Reaksi yang terjadi menyebabkan konsentrasi HA turun dan konsentrasi A naik dalam larutan penyangga.Reaksi yang terjadi: HA(aq)  + OH-(aq) A(aq)  + H2O(aq)
• Pengenceran (Penambahan H2O), Pengenceran akan mempengaruhi konsentrasi setiap komponen sistem seperti konsentrasi asam dan basa konjugat dalam sistem.

b) larutan penyangga basa (B/BH+)

• Penambahan sedikit asam (H+),Asam H+ akan bereaksi dengan komponen basa Bmenghasilkan BH+. Reaksi yang terjadi menyebabkan penurunan konsentrasi B dan kenaikan konsentrasi BH+.Reaksi yang terjadi: B(aq)  + H+(aq) BH+(aq)
• Penambahan sedikit basa (OH-),Basa OH- akan bereaksi dengan komponen asam BH+  menghasilkan B dan H2O. Reaksi yang terjadi menyebabkan konsentrasi BH+  turun dan konsentrasi B naik dalam larutan penyangga.Reaksi yang terjadi: BH+(aq) + OH-(aq) B(aq)  + H2O(aq)
• Pengenceran (Penambahan H2O), Pengenceran akan mempengaruhi konsentrasi setiap komponen sistem seperti konsentrasi basa dan asam konjugat dalam sistem.

Penambahan H+ atau OH- ke dalam larutan penyangga akan menggeser posisi kesetimbangan B(aq) BH+(aq) ke arah pengurangan gangguan sekecil mungkin (prinsip Le Chatelier). Jika H+ ditambahkan, konsentrasi asam konjugat bertambah, sedangkan konsentrasi basa lemah berkurang. Pada penambahan OH- terjadi sebaliknya. Perubahan konsentrasi asam lemah dan basa konjugat akibat penambahan H+ atau OH- cukup berarti,tetapi pH larutan penyangga relatif tidak berubah sebab pH larutan ditentukan oleh perbandingan [basa] : [asam konjugat], di samping pKa atau pKb.

Pembuatan Larutan Penyangga

Larutan penyangga yang mengandung komponen asam dan basa berupa pasangan konjugasi, dapat disiapkan sebagai berikut.

• Larutan Penyangga HA/A- dapat dibuat dengan beberapa cara yaitu (1) pencampuran asam lemah dan garamnya, (2) pencampuran asam lemah berlebih dan basa Kuat, dan (3) Pencampuran garam asam lemah berlebih dan asam kuat.
• Larutan Penyangga B/BH+ dapat dibuat dengan beberapa cara yaitu (1) pencampuran basa lemah dan garamnya, (2) pencampuran basa lemah berlebih dan asam kuat, (3) pencampuran basa lemah berlebih dan basa kuat.

Dengan persyaratankonsentrasi asam dan basa konjugasinya kira-kira sama.