BAB II KAJIAN TEORI
A. Landasan Teori
3. Hidrolisis Garam
Penelitian ini menggunakan KD 3.11 yang merupakan topik hidrolisis garam dalam pengembangan produk. KD hidrolisis garam tersebut diturunkan menjadi beberapa IPK yang menjadi pedoman penyusunan produk. Hidrolisis garam disusun oleh dua kata yaitu hidrolisis
dan garam. Hidrolisis berasal dari Bahasa Yunani hydro yang berarti air dan
lysis yang berarti membelah. Adapun garam didefinisikan sebagai senyawa
ionik yang terbentuk dari reaksi asam dan basa. Hidrolisis garam dideskripsikan sebagai reaksi anion, kation, ataupun keduanya dari suatu garam dengan air yang biasanya mempengaruhi pH larutan (Chang, 2010).
Peristiwa hidrolisis garam tidak terjadi pada semua garam. Hidrolisis tersebut hanya dapat terjadi pada senyawa-senyawa yang memiliki asam konjugasi dari basa lemah atau basa konjugasi dari asam lemah (Oxtoby et
al., 2016). Fenomena ini dapat dijelaskan melalui kekuatan afinitas proton
dari basa atau asam konjugasi terhadap air. Basa konjugasi yang berasal dari asam kuat tidak dapat menarik proton dari air karena memiliki sifat basa yang sangat lemah. Garam yang memiliki anion dari asam kuat saat dilarutkan dalam air tidak bereaksi dengan H+ yang berarti tidak terjadi reaksi hidrolisis. Hal yang sama terjadi pada asam konjugasi yang berasal dari basa kuat memiliki kation-kation yang tidak bereaksi (tidak memiliki afinitas) ataupun menghasilkan proton saat direaksikan dengan air. Akibatnya reaksi hidrolisis tidak dapat berlangsung dalam reaksi tersebut. Dapat disimpulkan bahwa garam yang mengandung kation dari basa kuat dan anion yang berasal dari asam kuat tidak mempengaruhi [H+] saat larut dalam air yang membuat reaksi hidrolisis tidak terjadi (Zumdahl & Zumdahl, 2010).
Pada hidrolisis garam ini, terdapat 4 jenis yang dikategorikan berdasarkan komponen asam basa pembentuknya sebagai berikut.
a. Garam yang Menghasilkan Larutan Netral
Reaksi yang terjadi antara asam kuat dan basa kuat tidak mengalami hidrolisis yang menghasilkan larutan garam yang bersifat netral. Biasanya garam yang mengandung ion logam alkali atau alkali tanah (kecuali Be2+) dan basa konjugasi dari asam kuat (misalnya Cl-, Br-, dan NO3-) adalah garam yang tidak mengalami reaksi hidrolisis dan diasumsikan bersifat netral (Chang, 2010). Misalnya NaCl dilarutkan dalam air murni yang memiliki pH netral. Garam tersebut terdisosiasi
menjadi ion Na+ dan ion Cl- yang tidak mempengaruhi pH larutan tersebut (tetap netral). Hal ini disebabkan oleh sifat kedua ion yang tidak dapat bereaksi dengan air (Petrucci et al., 2017).
Na+ (aq)+ H2O (l) → Tidak bereaksi Cl- (aq) + H2O (l) → Tidak bereaksi
Berdasarkan reaksi di atas, ion Na+ tidak mendonorkan ataupun menerima proton H+ saat direaksikan dengan H2O yang menyebabkan reaksi hidrolisis tidak terjadi. Ion Cl- sebagai basa konjugasi dari asam kuat (HCl) merupakan basa yang sangat lemah yang tidak dapat terprotonasi ataupun mempengaruhi pH larutan. Oleh karena itu, reaksi NaCl dalam air menghasilkan larutan garam bersifat netral (Petrucci et
al., 2017).
b. Garam yang Menghasilkan Larutan Basa
Reaksi antara basa kuat dan asam lemah menghasilkan larutan garam yang bersifat basa. Berikut ini adalah reaksi yang terjadi pada natrium asetat (CH3COONa) saat dilarutkan dalam air (Chang, 2010).
CH3COONa (s)H→ Na2O + (aq)+ CH3COO- (aq)
Reaksi tersebut menunjukkan ion Na+ tidak mendonorkan atau menerima proton karena sifatnya sebagai asam konjugasi yang sangat lemah dari basa kuat NaOH. Sementara itu, ion CH3COO- merupakan basa konjugasi dari asam lemah CH3COOH yang memiliki afinitas (kekuatan menarik) ion-ion proton air. Anion garam tersebut bereaksi dengan air yang memiliki proton, sehingga ion CH3COO- yang dapat mengalami reaksi hidrolisis sebagai berikut (Chang, 2010).
CH3COO- (aq) + H2O (l) ⇌ CH3COOH (aq) + OH- (aq)
Reaksi hidrolisis di atas menghasilkan ion OH-, sehingga larutan garam natrium asetat dalam air merupakan larutan yang bersifat basa (Chang, 2010).
c. Garam yang Menghasilkan Larutan Asam
Saat garam yang dihasilkan dari asam kuat dan basa lemah dilarutkan dalam air, larutan garam tersebut bersifat asam (pH kurang dari 7).
Peristiwa hidrolisis garam tersebut ditunjukkan pada persamaan reaksi sebagai berikut.
NH4Cl (s)H→ 2ONH4+ (aq)+ Cl- (aq)
Ion Cl- sebagai basa konjugasi dari asam kuat tidak memiliki afinitas yang kuat terhadap H+, sehingga tidak dapat terhidrolisis. Berbeda dengan ion NH4+ sebagai asam konjugasi yang berasal dari basa lemah NH3 dapat mengalami reaksi hidrolisis karena mendonorkan protonnya. Berikut ini adalah reaksi hidrolisis pada ion NH4+ (Chang, 2010).
NH4+ (aq) + H2O (l)⇌NH3 (aq)+ H3O+ (aq)
Reaksi hidrolisis tersebut menghasilkan ion H3O+ yang dapat dituliskan sebagai H+. Proton yang dihasilkan menyebabkan pH larutan menurun atau larutan garam tersebut bersifat asam (Chang, 2010).
d. Garam dengan Kation dan Anion yang Dapat Terhidrolisis
Reaksi antara asam lemah dan basa lemah menghasilkan garam yang memiliki kation dan anion terhidrolisis. Meskipun kedua ion dapat mengalami hidrolisis, sifat larutan garam ditentukan oleh kekuatan relatif asam lemah dan basa lemah garam tersebut. Dalam menentukan sifat larutan garam tersebut, dapat dilakukan prediksi kualitatif antara harga Ka dan Kb berikut ini (Chang, 2010).
a. Kb > Ka
Jika nilai Kb suatu anion lebih besar dibandingkan nilai Ka
kation, maka larutan garam tersebut bersifat basa. Hal tersebut disebabkan oleh anion yang lebih mudah terhidrolisis dibandingkan kation. Berdasarkan reaksi kesetimbangannya, terdapat lebih banyak ion OH- dibandingkan ion H+ yang dihasilkan.
b. Kb < Ka
Jika nilai Kb dari anion lebih kecil dibandingkan nilai Ka dari kation, maka larutan garam tersebut cenderung bersifat asam. Penyebabnya adalah kation lebih mudah terhidrolisis dibandingkan
anion. Dari reaksi kesetimbangannya, lebih banyak ion H+ yang dihasilkan dibandingkan ion OH-.
c. Kb ≈ Ka
Untuk nilai yang hampir setara antara Kb dan Ka, maka larutan garam tersebut cenderung bersifat netral atau memiliki pH sama dengan 7.
Reaksi hidrolisis garam dapat mempengaruhi nilai pH larutan tersebut. Dalam menentukan nilai pH larutan garam, terdapat beberapa reaksi kesetimbangan yang digunakan. Garam yang berasal dari asam kuat dan basa kuat tidak mengalami hidrolisis yang menyebabkan larutan garam memiliki pH sama dengan 7 atau bersifat netral (Zumdahl & Zumdahl, 2010).
a. Garam yang Menghasilkan Larutan Basa
Garam yang berasal dari basa kuat dan asam lemah mengalami hidrolisis pada anion garamnya. Misalnya garam CH3COONa dalam air mengalami hidrolisis sebagian (Zumdahl & Zumdahl, 2010). Garam tersebut terionisasi dalam air menjadi ion CH3COO- dan ion Na+. Ion Na+ tidak bereaksi dengan air, sedangkan ion CH3COO- terhidrolisis (Kitti, 2010).
CH3COO- (aq) + H2O (l) ⇌ CH3COOH (aq) + OH- (aq)
Reaksi hidrolisis tersebut menghasilkan larutan yang bersifat basa karena menghasilkan ion OH- dan asam konjugasi. Berikut tetapan kesetimbangannya (Kitti, 2010).
K[H2O] = [CH3COOH][OH−] [CH3COO−]
Berdasarkan reaksi kesetimbangan tersebut, K[H2O] dapat dituliskan sebagai tetapan baru dengan notasi Kh (konstanta hidrolisis). Rumus tersebut dapat dituliskan kembali sebagai berikut (Kitti, 2010).
Kh = [CH3COOH][OH−] [CH3COO−]
(2.1)
Rumus tersebut dikalikan dengan [H
+]
[H+] pada ruas kanannya, sehingga diperoleh rumus berikut ini.
Kh = [CH3COOH]
[CH3COO−][H+]× [H
+][OH−]
Oleh karena [CH3COOH]
[CH3COO−][H+] = 1
Ka dan [H+][OH-] = Kw, maka rumus dapat dituliskan sebagai berikut.
Kh = Kw Ka
Rumus hidrolisis garam pada ion CH3COO- menunjukkan koefisien CH3COOH yang sama dengan ion OH- yang berarti [CH3COOH] = [OH-]. Oleh karena itu, penentuan konsentrasi ion OH- dapat menggunakan rumus berikut (Kitti, 2010).
Kh = [OH−][OH−]
[CH3COO−] atau [OH-]2 = Kh[CH3COO-] [OH-] = √Kw
Ka[CH3COO−]
b. Garam yang Menghasilkan Larutan Asam
Garam yang berasal dari basa lemah dan asam kuat mengalami hidrolisis pada kation garamnya. Contohnya adalah garam NH4Cl dalam air yang mengalami hidrolisis sebagian. (Zumdahl & Zumdahl, 2010). Garam NH4Cl terionisasi dalam air menjadi ion NH4+ dan ion Cl-. Ion Cl- tidak bereaksi dengan air, sedangkan ion NH4+ terhidrolisis (Kitti, 2010).
NH4+ (aq) + H2O (l) ⇌ NH3 (aq) + H3O+ (aq)
Reaksi hidrolisis tersebut menghasilkan larutan yang bersifat asam karena menghasilkan ion H3O+ (atau H+) dan basa konjugasi. Berikut tetapan kesetimbangannya (Kitti, 2010).
Kh = [NH3][H3O+] [NH4+] Rumus tersebut dikalikan dengan [OH
−]
[OH−] pada ruas kanannya, sehingga diperoleh rumus berikut ini.
(2.3) (2.4) (2.5) (2.6) (2.7) (2.8)
Kh = [NH3]
[NH4+][OH−]× [H3O
+][OH−]
Oleh karena [NH3]
[NH4+][OH−] = 1
Kb dan [H3O+][OH-] = Kw, maka rumus dapat dituliskan sebagai berikut.
Kh = Kw Kb
Rumus hidrolisis garam pada ion NH4+ menunjukkan koefisien NH3
yang sama dengan ion H3O+ yang berarti [NH3] = [H3O+]. Oleh karena itu, penentuan konsentrasi ion H3O+ atau ion H+ dapat menggunakan rumus berikut (Kitti, 2010).
Kh= [H3O+][H3O+]
[NH4+] atau [H3O+]2 = Kh[NH4+] [H3O+] = √KKw
b[NH4+]
c. Garam yang Berasal dari Asam Lemah dan Basa Lemah
Garam yang berasal dari asam lemah dan basa lemah mengalami hidrolisis total. Berikut ini rumus hidrolisis garam NH4CN dalam air (Kitti, 2010).
Reaksi ionisasi :
NH4CN (s)H→ 2ONH4+(aq)+ CN- (aq) Reaksi hidrolisis :
NH4+ (aq)+ CN- (aq) + H2O (l) ⇌ NH4OH (aq) + HCN (aq) Tetapan kesetimbangan :
Kh = [NH4OH][HCN] [NH4+][CN−] Jika dikalikan dengan [H
+][OH−]
[H+][OH−], maka diperoleh rumus berikut ini. Kh = [NH4OH]
[NH4+][OH−] x [HCN]
[H+][CN−] x [H+][OH-] Rumus tersebut dapat disederhanakan menjadi sebagai berikut.
Kh = 1 Kb× 1 Ka× Kw atau Kh = Kw Kb×Ka (2.9) (2.10) (2.11) (2.12) (2.13) (2.14)
Reaksi antara asam lemah dan basa lemah merupakan reaksi hidrolisis total. Contohnya garam NH4CN yang dilarutkan dalam air. Penentuan pH larutan garam tersebut dapat dilakukan dengan menurunkan beberapa rumus dan melakukan pemisalan. Misalkan molaritas larutan garam adalah g mol/L dan derajat hidrolisis sebesar α.
NH4+(aq) + CN- (aq) + H2O(l) ⇌ NH4OH(aq) + HCN(aq)
M g g - - R -gα -gα +gα +gα S g(1-α) g(1-α) gα gα Tetapan hidrolisis : Kh = [NH[NH4OH][HCN] 4+][CN−] Dapat dituliskan menjadi sebagai berikut.
Kh = gα×gα g(1−α)×g(1−α) = α 2 (1−α)2 √Kh = α (1 − α)
Untuk menentukan konsentrasi [H+] yang digunakan dalam mengetahui pH, dapat dilihat dari ionisasi asam lemah atau basa lemahnya. Misalnya, asam lemah HCN dengan reaksi kesetimbangan hidrolisisnya sebagai berikut (Kitti, 2010).
HCN (aq) ⇌ H+ (aq) + CN- (aq)
gα g(1-α)
Berdasarkan rumus tersebut, harga tetapan ionisasi Ka sebagai berikut. Ka = [H+][CN−] [HCN] [H+] = Ka[HCN][CN−] = Ka gα g(1−α) = Ka α (1−α) Nilai √Kh = α
(1−α) disubstitusikan ke dalam rumus tersebut. [H+] = Ka√Kh
Kemudian, Kh = Kw
Kb×Ka disubstitusikan ke dalam rumus di atas menjadi rumus yang baru sebagai berikut.
[H+] = √KaK× Kw b (2.15) (2.16) (2.17) (2.18) (2.19) (2.20) (2.21)