BAB 7. ASAM DAN BASA 7. 1 TEORI ASAM BASA 7. 2 TETAPAN KESETIMBANGAN PENGIONAN ASAM DAN BASA 7. 3 KONSENTRASI ION H+ DAN pH 7. 4 INDIKATOR ASAM-BASA (INDIKATOR pH) 7. 5 CAMPURAN PENAHAN 7. 6 APLIKASI ASAM, BASA, DAN CAMPURAN PENAHAN
BUNGA MAWAR ASAM : MERAH BASA : KUNING
COVER PENUNTUN PRAKTIKUM KIMIA
7. 1 TEORI ASAM BASA Teori Arrhenius Dasar teorinya adalah pengionan dalam air dikatakan asam jika melepaskan ion H+ contohnya: HCl, H2SO4, H2CO3, H3PO4
HCl + H2O
H3O+ + Cl
dikatakan basa jika melepaskan ion OHcontohnya: NaOH,KOH, Ba(OH)2, Ca(OH)2
NaOH + H2O
Na+ + OH- + H2O
Teori Bronsted Lowry Dasar teorinya adalah pertukaran proton (H+) dikatakan asam jika sebagai donor proton (H+) dan basa jika sebagai akseptor proton
H2O
+
NH3
NH4+
+
OH-
psg konjugat psg konjugat asam
basa
asam konjugasi
Asam kuat: basa konjugasi lemah Basa kuat: asam konjugasi lemah
basa konjugasi
Teori Lewis Dasarnya adalah pemakaian pasangan elektron bebas dikatakan asam jika menerima pasangan elektron dan basa jika memberikan pasangan elektron
F .. .. F .B. F asam
+
H .. .. .. N H .. H basa
F H .. .. .. .. F .B. .N. H F H ..
senyawa koordinasi
Contoh 7.1 Tentukanlah asam dan basa pada pasangan/reaksi: a. HCO3- (aq) + H2O (l)
H3O+ (aq) + CO32- (aq)
b. HCO3- (aq) + H2O (l)
H2CO3 (aq) + OH- (aq)
Penyelesaian a. HCO3- sebagai asam karena melepaskan proton; H2O sebagai basa karena menerima proton. CO32- adalah basa konjugasi dari asam HCO3- dan H3O+ adalah asam konjugasi dari basa H2O b. HCO3- sebagai basa karena menerima proton; H2O sebagai asam karena melepaskan proton. H2CO3 adalah asam konjugasi dari basa HCO3- dan OH- adalah basa konjugasi dari asam H2O
7. 2 TETAPAN KESETIMBANGAN PENGIONAN ASAM DAN BASA • ASAM DAN BASA MONOVALEN reaksi pengionan asam asetat: H+(aq) + CH3COOH (aq) maka nilai Ka =
CH3COO- (aq)
[H+] [CH3COO-] [CH3COOH]
reaksi pengionan amonium hidroksida: OH-(aq) + NH4+ (aq) NH4OH (aq) maka nilai Kb =
[OH-] [NH4+] [NH4OH]
• ASAM DAN BASA POLIVALEN asam dan basa polivalen mengion secara bertahap dan tiap tahap memiliki nilai tetapan kesetimbangan sendiri. Contoh: Asam sulfat Tahap 1.
dengan Ka1 = Tahap 2.
H+ +
H2SO4
[H+] [HSO4-] [H2SO4]
= 102
H+ + SO42-
HSO4-
dengan Ka2 =
HSO4-
[H+] [SO42-] [HSO4-]
= 10-2
Contoh 7.2 Berdasarkan data pada tabel berapakah nilai Kb untuk ion CN-, ClO-, dan CH3COO- :
Penyelesaian Ka x Kb = Kw, maka Kb = Kw/Ka, jadi untuk ion CN-;
Kb = 10-14/6,17 x 10-10 = 1,5 x 10-5
ClO-;
Kb = 10-14/3 x 10-8 = 3,3 x 10-7
CH3COO-; Kb = 10-14/1,76 x 10-5 = 5,5 x 10-10
Contoh 7.3 Ka asam asetat adalah 1,76 x 10-5. A. berapakah derajat pengionan asam asetat konsentrasi 0,1 M dan 0,01 M B. berapakah konsentrasi ion H+ pada kedua konsentrasi tersebut dengan memperhatikan α nya
Penyelesaian A. Reaksi awal pengionan setimbang Ka =
CH3COOH 0,1 -0,1α 0,1(1-α)
H+][CH3COO-] [CH3COOH]
=
H+ + CH3COO0,1α 0,1α 0,1α 0,1α 0,1α x 0,1α 0,1(1-α)
A.
bila α diabaikan terhadap 1 maka (1-α) = 1, sehingga 1,76x10-5 = 0,1 α2;
α = 1,33x10-2
jadi pada konsentrasi 0,1 M: α = 1,33x10-2 dan konsentrasi 0.01 M:
B.
α = 4,195x10-2
pada konsentrasi 0,1 M; [H+] = 0,1α = 0,1 x 1,33x10-2 = 1,33x10-3 M pada konsentrasi 0,01 M; [H+] = 0,01α = 0,01 x 4,195x10-2 = 4,195x10-4 M
7. 3 KONSENTRASI ION H+ DAN pH ASAM/BASA KUAT: pH dapat ditentukan langsung dari nilai konsentrasi (M) asam dan basa tersebut pH = - log [H+]
pOH = - log [OH-] pH + pOH = 14 ASAM/BASA LEMAH:
Konsentrasi H+ dari asam dan OH- dari basa bergantung pada derajat ionisasi (α) dan tetapan ionisasi (Ka atau Kb) Nilai Ka menunjukkan kekuatan asam dan Kb kekuatan basa
pH Asam/Basa lemah Reaksi
H+(aq) +
HA(aq)
A-(aq)
Awal
Ca
-
Mengion
-α.Ca
α.Ca
α.Ca
Setimbang
Ca – Ca.α
α.Ca
α.Ca
Ka =
[H+] [A-] [HA]
=
[Ca. α]2 [Ca – Ca. α]
=
-
Ca. α2 (1 – α)
Bila nilai α sangat kecil maka Ca (1- α) ≈ Ca sehingga: Ka = [H+]2/ Ca ; [H+] = √Ka. Ca Analog untuk basa lemah: [OH-] = √Kb. Cb
Contoh 7.4 Hitunglah pH larutan a. HCl 0,1 M c. HCN 0,1 M (Ka=4,9 x 10-10) e. NH4OH (Kb=1,8 x 10-5)
b. NaOH 0,1 M d. C6H5COOH (Ka=6,5 x 10-5)
Penyelesaian a. [H+] = [HCl] = 0,1M; pH = -log [0,1] = 1 b. [OH-] = [NaOH] = 0,1M; pH = 14 – pOH = 14 – [-log 0,1] = 13 c. [H+] = √Ka.Ca = √(4,9 x 10-10) x 0,1 pH = - log 7 x 10-6 = 5,16
= 7 x 10-6 M
d. [H+] = √Ka.Ca = √(6,5 x 10-5) x 0,1 pH = - log 2,55 x 10-3 = 2,60
= 2,55 x 10-3 M
e. [OH-] = √Kb.Cb = √(1,8 x 10-5) x 0,1 = 1,34 x 10-3 M pH = 14 – pOH = 14 – (-log 1,34 x 10-3) = 11,10
pH LARUTAN GARAM • Garam yang terbentuk dari reaksi asam kuat dan basa kuat 9 kation/anion garam tak bereaksi dengan air 9 ΣH+ dan ΣOH- di air tetap 9 pH = 7 9 Contoh: NaCl, NaNO3 • Garam yang terbentuk dari reaksi asam lemah dan basa kuat CH3COOH + Na+ + OH9 NaCH3COO + H2O 9 anion garam bereaksi dengan air, kation tidak 9 hidrolisis sebagian 9 pH > 7 9 [H+] = √Kw. Ka/Cg
• Garam yang terbentuk dari reaksi basa lemah dan asam kuat NH4OH + Cl- + H+ 9 NH4Cl + H2O 9 kation garam bereaksi dengan air, anion tidak 9 hidrolisis sebagian 9 pH < 7 9 [H+] = √Kw. Cg/Kb • Garam yang terbentuk dari reaksi asam lemah dan basa lemah NH4OH + CH3COOH 9 NH4CH3COO + H2O 9 kation dan anion garam bereaksi dengan air 9 hidrolisis sempurna 9 pH = 7, jika Ka = Kb 9 pH > 7, jika Ka < Kb 9 pH < 7, jika Ka > Kb 9 [H+] = √Kw. Ka/Kb
Contoh 7.5 Perkirakan apakah larutan garam berikut ini bersifat netral, asam ataukah basa. A. KCl B. KCN C. NH4I
Penyelesaian
A. KCl berasal dari asam dan basa kuat maka bersifat netral karena tidak terhidrolisis B. KCN berasal dari basa kuat dan asam lemah, CNterhidrolisis menghasilkan OH- sehingga larutan garam bersifat basa C. NH4I berasal dari basa lemah dan asam kuat, NH4+ terhidrolisis menghasilkan H+ sehingga larutan garam bersifat asam
Contoh 7.6 Hitunglah pH larutan b. KCN 0,1 M (Ka=4,9 x 10-10)
a. KCl 0,1 M c. NH4CN (Kb=1,8 x 10-5)
Penyelesaian a. KCl, garam dari asam dan basa kuat maka pH = 7 b. [H+] = √Kw.Ka/Cg pH = 11,16
= √10-14x(4,9x10-10/0,1)
c. [H+] = √Kw.Ka/Kb pH = 9,63
= √10-14x(4,9x10-10/1,8x10-5)
= 7x10-12 = 3,59x10-10
Contoh 7.7 Hitunglah: a. Ka larutan asam lemah pH 5,2 dengan konsentrasi 0,01M b. Kb larutan basa lemah pH 9,0 dengan konsentrasi 0,01M c. Ka asam lemah (HA) jika garam NaA 0,01M pH-nya 8,5 d. Kb basa lemah (MOH) jika garam MNO3 0,01M pH-nya 5,3
Penyelesaian a. pH = 5,2; [H+] = 10-5,2; Ka = [H+]2/Ca = (10-5,2)2/0,01 = 4x10-9 b. pH = 9,0 maka pOH = 14 – 9 = 5; [OH-] = 10-5 Kb = [OH-]2/Cb = (10-5)2/0,01 = 1x10-8 c. pH = 8,5; [H+] = 10-8,5; Ka = [H+]2.Cg/Kw = (10-8,5)2 x 0,01/10-14 = 10-5 d. pH = 5,3; [H+] = 10-5,3; Kb = Cg.Kw/[H+]2 = 0,01 x 10-14/(10-5,3)2 = 4x10-6
7. 4 INDIKATOR ASAM-BASA (INDIKATOR pH) • Adalah zat (suatu asam atau basa lemah) yang akan berubah warna jika pH berubah pada kisaran tertentu • Kisaran pH yang menyebabkan indikator berubah warna disebut trayek pH. • Bila pH < trayek pH maka indikator akan menunjukkan warna asamnya • Bila pH > trayek pH maka indikator akan menunjukkan warna basa • Contoh indikator: biru bromtimol (pH 6,0 – 7,6), merah metil (3,2 – 4,4), kuning alizarin (10,1 – 12,0)
Contoh 7.8 Suatu larutan ketika diberi indikator hijau bromkresol (trayek pH 3,8 – 5,4; warna asam kuning dan warna basa biru) menunjukkan warna tepat hijau, a. Berapa kira-kira pH larutan tersebut, b. Bila indikator merah metil (trayek pH 3,2 – 4,4; warna asam merah dan warna basa kuning) dimasukkan ke dalam larutan tersebut, bagaimana warna larutannya?
Penyelesaian a. Warna tepat hijau merupakan campuran dari warna kuning dan biru sehingga pH larutan merupakan nilai tengah trayek pH yaitu 4,6 b. pH 4,6 > trayek pH indikator merah metil, maka larutan akan berwarna merah
7. 5 CAMPURAN PENAHAN BUFER ASAM (ASAM LEMAH DAN GARAMNYA) H+ + CH3COOCH3COOH Ca Ca NaCH3COO Na+ + CH3COOCg Cg Terjadi efek ion senama [H+] = Ka
[CH3COOH] = Ka [CH3COO ]
Ca Cg
BUFER BASA (BASA LEMAH DAN GARAMNYA) NH4+ + OHNH4OH Cb Cb NH4Cl NH4+ + ClCg Cg [OH-]
= Kb
[NH4OH] = Kb [NH4+]
Cb Cg
Mekanisme kerja campuran penahan (bufer asam) • Bila ada x mol H+ ditambahkan ke dalam bufer asam, maka jumlah garam berkurang, jumlah asam bertambah Na+ + CH3COONaCH3COO → H+ CH3COOH H+ + CH3COO[H+]
= Ka
mmol asam + x mmol garam - x
• Bila ada x mol OH- ditambahkan ke dalam bufer asam, maka jumlah asam berkurang, jumlah garam bertambah Na+ + CH3COONaCH3COO → OHCH3COOH H+ + CH3COO[H+]
= Ka
mmol asam - x mmol garam + x
DAYA TAHAN CAMPURAN PENAHAN Mol H+ atau OH- yang harus ditambahkan ke dalam 1 liter larutan bufer agar pH-nya berubah satu satuan pH - 1 + asam pH = 3
Bufer awal
pH + 1 + basa
pH = 4
pH = 5
Yang mempengaruhi daya tahan bufer: ¾ Konsentrasi penyusun bufer
¾Perbandingan [asam] / [garam] atau [basa] / [garam] Kapasitas maksimum bila, [asam] [basa] atau = 1 [garam] [garam]
Contoh 7.9 Berapakah pH campuran penahan yang terbuat dari a. CH3COOH 0,1 M dan NaCH3COO 0,1 M b. CH3COOH 0,01 M dan NaCH3COO 0,01 M c. CH3COOH 0,1 M dan NaCH3COO 0,01 M d. NH4OH 0,1 M dan NH4Cl 0,1 M e. NH4OH 0,001 M dan NH4Cl 0,001 M f. NH4OH 0,1 M dan NH4Cl 0,01 M g. C6H5COOH 0,1 M dan NaC6H5COO 0,1 M
Penyelesaian a. [H+] = Ka.Ca/Cg = 1,76x10-5 x 0,1/0,1 =1,76x10-5; pH = 4,75 d. [OH-] = Kb.Cb/Cg = 1,76x10-5 x 0,1/0,1 = 1,76x10-5 pOH = 4,75; pH = 14 – 4,75 = 9,25
Contoh 7.10 Berapakah perubahan pH bila ke dalam 1L campuran penahan yang terdiri dari asam format 1M dan natrium format 0,5M ditambahkan : a. 0,1 mol HCl b. 0,1 mol NaOH
Penyelesaian pH awal: [H+] = Ka.Ca/Cg = 1,77x10-4 x 1/0,5 = 3,54x10-4 pH = 3,45 a. HCl akan bereaksi dengan garam natrium format NaHCOO + HCl NaCl + HCOOH [NaHCOO] menjadi (0,5 – 0,1)M = 0,4 M [HCOOH] = (1+0,1)M = 1,1 M [H+] = 1,77x10-4 x 1,1/0,4 = 4,87x10-4; pH = 3,31 Perubahan pH = 3,45 – 3,31 = 0,14
b. NaOH akan bereaksi dengan asam format membentuk garam format. HCOOH + NaOH
NaHCOO
[HCOOH] menjadi (1 – 0,1)M = 0,9 M [NaHCOO] = (0,5 + 0,1)M = 0,6 M [H+] = 1,77x10-4 x 0,9/0,6 = 2,66x10-4; pH = 3,58 Perubahan pH = 3,58 – 3,45 = 0,13
+
H2O
7. 6 APLIKASI ASAM, BASA, DAN CAMPURAN PENAHAN 9
9
Penentuan kuantitas suatu bahan contohnya: penentuan kadar asam cuka dalam suatu produk industri Penggunaan campuran penahan dalam: ¾ pengujian kualitas air (kesadahan) ¾
pemisahan asam amino atau protein dengan kromatografi kolom
LATIHAN SOAL-SOAL 1.
2.
Tunjukkanlah pasangan asam-basa konjugasi untuk reaksi berikut: NO3- + N2H5 a. HNO3 + N2H4 b.
CN- + H3O+
c.
HIO3 + HC2O4-
d.
S2- + H2O
HCN + H2O IO3- + H2C2O4 HS- + OH-
Berapa pH larutan yang terbentuk bila dicampurkan sejumlah volume yang sama dari larutan: a. pH 2 dan pH 6 b. pH 2 dan pH 12 c. pH 9 dan pH 12
3. Hitunglah pH larutan yang terbuat dari: a. 50 g NaOH (dianggap murni) dalam 500 mL larutan b. 50 mL NH4OH 0,1 M dicampurkan dengan 200 mL air c. 25 g Natrium asetat dilarutkan menjadi 250 mL larutan d. pengenceran larutan NH4CN 0,1 M dengan faktor 4x 4. Hitunglah pH campuran penahan yang dibuat dari: a. asam benzoat 0,1 M dan natrium benzoat 0,1 M b. asam benzoat 0,020 M dan garam natrium benzoat 0,025 M c. ammonium hidroksida 0,01 M dan amonium klorida 0,008 M
