Pertemuan 4 ASAM DAN BASA (2)
Sifat Asam – Basa dan Susunan Molekul
Hubungan kekuatan ikatan dengan kekuatan asam
Suatu asam halide H – X akan semakin kuat keasamannya jika ikatan antara H dengan X semakin lemah atau sebaliknya.
Urutan kekuatan ikatan halide adalah HI < HBr < HCI , HF, sehingga urutan kekuatan asamnya adalah : HI > HBr > HCI > HF, HF merupakan asam lemah. Kekuatan asam juga tergantung pada tarikan electron oleh atom yang terikat pada atom non logam yang mengikat O---H.
Pada HNO3 tarikan elektron oleh atom O2 dan O3 menyebabkan ikatan O---H lemah sehingga H lebih mudah lepas, sehingga HNO3 merupakan asam kuat.
Pada H3PO4 atom H pada O2, O3 dan O4 bersifat pemberi electron sehingga ikatannya kuat, tarikan electron oleh O1 kurang berpengaruh asam lemah.
Kekuatan asam juga bertambah dengan bertambahnya BO atom yang mengikat O---H
BO = 1 3
Asam = As. Hipoklorit As. Klorat
Ka = 3.10-16 1,2 . 10-2
BO = 5 7
Asam Hipoklorit As. Klorat As. Perklorat
Ka = 103 108
Kekuatan asam – asam organik
Kekuatan asam lemah diukur dengan skala pKa. Semakin kecil semakin kuat tingkat keasamannya.
Fenol bersifat asam sangat lemah dengan pKa 10.00, dan etanol lebih lemah lagi pKa sekitar16 sehingga tidak dapat dianggap lagi sebagai asam.
Faktor yang mempengaruhi ionisasi dari asam adalah Kekuatan dari ikatan yang diputuskan dan kestabilan ion yang terbentuk. Dalam kasus ini, ikatan dari molekul yang sama (antara O dan H) jadi bisa dianggap kekuatan ikatan yang diputuskan adalah sama. Faktor yang paling penting dalam menentukan kekuatan relatif dari molekul adalah pada sifat dari ion ion yang terbentuk.
Yang di bandingkan adalah sifat dari anion (ion negatif) yang berbeda-beda Asam asetat
Hidrogen yang mengakibatkan sifat asam adalah hidrogen yang terikat dengan oksigen. Saat asam etanoik terionisasi terbentuklah ion etanoat, CH3COO-. ikatan karbon oksigen dibuat di dua bagian yang berbeda. Sepasang elektron ditemukan pada garis diantara dua nukleus yang disebut sebagai ikatan sigma. Sepasang elektron yang lain ditemukan diatas dan dibawah dari bidang dalam bentuk ikatan pi. Ikatan pi dibuat dari overlap orbital p antara karbon dan oksigen.
Pada ion etanoat, Salah satu dari elektron bebas dari oksigen yang negarif berada pada keadaan hampir pararel dengan orbita;-orbital p tersebut dan mengakibatkan overlap antara atom oksigen yang lain dan atom karbon .
Sehingga terjadi delokalisasi sistem pi dari keseluruhan -COO- namun tak seperti yang terjadi pada benzene.
Karena Hidrogen lebih elektronegatif dari karbon, delokalisasi sistem terjadi sehingga elektron lebih lama berada pada daerah atom oksigen. muatan negatif tersebar diantara keseluruhan gugus -COO- , namun dengan kemungkinan terbesar menemukannya pada daerah antara kedua atom oksigen. Ion etanoat dapat digambarkan secara sederhana sebagai:
Garis putus-putus mewakili delokalisasi. Muatan negatif ditulis ditengah untuk menggambarkan bahwa muatan tersebut tidak terlokalisasi pada salah satu atom oksigen.
Fenol
Fenol memiliki -OH terikat pada rantai benzennya.
Saat ikatan hidrogen-oksigen pada fenol terputus, anda mendapatkan ion fenoksida , C6H5O-. Delokalisai juga terjadi pada ion ini. Pada saat ini, salah satu dari antara elektron bebas dari atom oksigen overlap dengan elektron dari rantai benzen.
Overlap ini mengakibatkan dislokalisasi. Dan sebagai hasil muatan negatif tidak hanya berada pada oksigen tetapi tersebar ke seluruh molekul.
Pada ion etanoat, delokalisasi terpusat pada daerah antara 2 atom oksigen.Sistem yang terdelokalisasi membagi muatan negatif diantara kedua atom oksigen. Tidak ada oksigen yang lebih kuat menarik hidrogen ion, sehingga fenol lebih lemah daripada asam asetat. Pada ion fenoksida, atom oksigen tunggal masih merupakan yang paling elektronegatif dan sistem yang terdelokalisasi terpusat pada daerah oksigen tersebut. Sehingga atom oksigen memiliki muatan yang paling negatif, walaupun sebenarnya tidak memiliki muatan sebanyak itu apabila delokalisasi tidak terjadi. Delokalisasi membuat ion fenoksida lebih stabil dari seharusnya sehingga fenol menjadi asam. Namun delokalisasi belum membagi muatan dengan efektif.
Muatan negatif disekitar oksigen akan tertarik pada ion hidrogen dam membuat lebih mudah terbentuknya fenol kembali. Sehingga itu fenol merupakan asam yang sangat lemah.
Etanol
Etanol, CH3CH2OH, merupakan asam yang sangat lemah dianggap bukan sebagai asam. Jika ikatan oksigen dan hidrogen terputus dan melepaskan ion, ion etokside terbentuk.
Tidak ada cara untuk mendelokalisasi ikatan negatif yang terikat kuat dengan atom oksigen.
Muatan negatif tersebut akan sangat menarik atom hidrogen dan etanol akan dengan mudah terbentuk kembali.
Variasi dalam kekuatan asam dari beberapa asam karboksilik.
Asam karboksilat memiliki berbagai variasi keasaman.
pKa
HCOOH 3.75
CH3COOH 4.76
CH3CH2COOH 4.87
CH3CH2CH2COOH 4.82
Asam etanoat lebih lemah dari asam metanoat. Semuanya tergantung pada stabilitas dari anion yang terbentuk. Kemungkinan untuk mendislokalisasikan muatan negatif. Semakin
terdislokalisasi, semakin stabil ion tersebut dan semakin kuat sebuah asam.
Ion metanoat dari asam metanoik:
Satu-satunya perbedaan antara ini dan ion etanoat adalah kehadiran CH3 pada etanoat. Alkil mempunyai kecenderungan mendorong elektron menjauh sehingga betambahnya muatan negatif pada -COO- . Penambahan muatan membuat ion lebih tidak stabil karena membuatnya lebih mudah terikat dengan hidrogen. Sehingga asam etanoik lebih lemah daripada asam metanoik.
Alkil yang lain juga memiliki efek “mendorong elektron” sama seperti pada metil sehingga kekuatan asam propanoik dan asam butanoik mirip dengan asam etanoik.
Asam dapat diperkuat dengan menarik muatan dari -COO- .
Pada tabel berikut, diperlihatkan semakin anda mengikatkan klorin semakin asam molekul.
pKa
CH3COOH 4.76
CH2ClCOOH 2.86
CHCl2COOH 1.29
CCl3COOH 0.65
Asam Trikloroetanoik merupakan asam yang cukup kuat.
Mengikatkan halogen yang berbeda juga membuat perbedaan. Florin merupakan atom paling elektronegatif sehingga anda dapat menebak bahwa dengan florin semakin tinggi tingkat keasaman.
pKa
CH2FCOOH 2.66
CH2ClCOOH 2.86
CH2BrCOOH 2.90
CH2ICOOH 3.17
Jadi, keasaman asam asetat pKa = 4,76 > daripada etanol pKa = 15,9 karena :
1. Atom O karonil pada asam asetat menarik electron sehungga ikatan O---H menjadi lemah, H mudah lepas.
2. Terjadi resonasi pada ion asetat, muatan negative menyebar di antara O---C == O sehingga kemampuan menarik H+ berkurang, ion asetat merupakan basa lemah dan asam asetat lebih kuat keasamannya.
3. Pada ion etoksi muatan negative terpusat pada atom O, ion etoksi adalah basa yang lebih kuat daripada ion asetat, sehingga keasaman etanol lebih lemah.
Pengaruh Ion Sejenis Pengionan HCI :
(a) HCI + H2O H3O+ + CI- (b) H2O + H2O H3O+ + OH-
Tanpa memandang sumbernya, H3O+ berperan serta dalam kesetimbangan air, terlibat dalam rumus Kw = [H3O+] [OH-] = 10-14
Basa kuat juga menekan ionisasi air meningkatkan OH-, reaksi (b) bergeser ke kiri dengan adanya asam/basa.
H2O + H2O H3O+ + OH- Asam kuat juga menahan ionisasi asam lemah
HC2H3O2 + H2O H3O+ + C2H3O2-
Contoh :
Tentukam konst H3O+ dan C2H3O2- dalam larutan HC2H3O2 0,1 M, kemudian tentukan keduanya dalam larutan yang terdiri dari campuran 0,1 M HC2H3O2 dan 0,1 M HCI ! Ka = 1,74.10-5
Jawab :
HC2H3O2 + H2O H3O+ + C2H3O2-
Awal 0,1
Perubahan -x x x
Kstb 0,1-x x x
[H3O+] [C2H3O2-
] x . x
Ka = --- = --- = 1,74 . 10-5
[HC2H3O2] 0,1 – x, x diabaikan x = [H3O+] = [C2H3O2-
] = 1,32 . 10-3 M
setelah ditambah HCl
HC2H3O2 + H2O H3O+ + C2H3O2-
Dr as lemah 0,1-x x x
Dr HCI 0,1
Kstb 0,1-x 0,1 + x x
[H3O+] = 0,1 M [C2H3O2-
] = 1,74 . 10-5
Larutan Asam Lemah dan Garamnya
Garam dari asam lemah merupakan elektrolit kuat, sebagai terionisasi sempurna dalam air. Anion dari garam tersebut menahan ionasisasi asam lemah (Pengaruh ion sejenis).
NaC2H3O2 Na+ + C2H3O2-
, ion sejenis HC2H3O2 + H2O H3O+ + C2H3O2-
Contoh :
Hitung consent H3O+ dan C2H3O2-
dalam larutan yang terbuat dari campuran masing – masing 0,1 M NaC2H3O2 dan 0,1 M HC2H3O2 ! Ka = 1,74.10-5
Jawab :
[H3O+] = 1,74 . 10-5 M
[C2H3O2-] = 1,74 . 10-5 + 0,1 M ≈ 0,1
Larutan Penyangga (Buffer)
Larutan penyangga adalah larutan yang mampu menahan perubahan pH ketika sejumlah kecil asam atau basa ditambahkan kedalamnya. Larutan buffer asam adalah larutan buffer yang memiliki pH kurang dari 7. Larutan buffer asam biasanya terbuat dari asam lemah dan garammya – acapkali garam natrium. Contoh yang biasa merupakan campuran asam etanoat dan natrium etanoat dalam larutan. Pada kasus ini, jika larutan mengandung konsentrasi molar yang sebanding antara asam dan garam, maka campuran tersebut akan memiliki pH 4.76. tidak masalah dalam hal konsentrasinya, sepanjang keduanya memiliki konsentrasi yang sama. pH
larutan penyangga dapat diubah dengan mengubah rasio asam terhadap garam, atau dengan memilih asam yang berbeda dan salah satu garamnya.
Larutan buffer basa memiliki pH diatas 7. Larutan penyangga yang bersifat basa biasanya terbuat dari basa lemah dan garamnya. contohnya adalah campuran larutan amonia dan larutan amonium klorida. Jika keduanya dalam keadaan perbandingan molar yang sebanding, larutan akan memiliki pH 9.25.
Jika 0,001 mol HCI ditambahkan ke dalam 1 liter air pH 7 3 Jika 0,001 mol NaOH ditambahkan ke dalam 1 liter air pH menjadi 11
Larutan campuran NaC2H3O2 dan HC2H3O2 mampu menahan perubahan pH jika kepadanya ditambahkan sedikit asam kuat atau basa kuat.
Contoh :
Larutan buffer asam : campuran dari C2H3O2-
dan HC2H3O2 (asam lemah dan garamnya) C2H3O2-
+ H3O+ HC2H3O2 + H2O HC2H3O2 + OH- C2H3O2-
+ H2O Larutan buffer basa : campuran dari NH4+
dan NH3 (basa lemah dan garamnya) NH3 + H3O+ NH4+
+ H2O NH4+
+ OH- NH3 + H2O Dalam larutan buffer yang mengandung NH3 dan NH4+
NH3 + H2O NH4+
+ OH- [NH4+
] [OH-]
Kb = --- = 1,74 . 10-5 [NH3]
pH larutan buffer Contoh :
Hitunglah pH lar buffer asam yang terdiri dari 0,15 M HC2H3O2 dan 0,50 M NaC2H3O2 ! Ka = 1,74. 10-5
Jawab :
HC2H3O2 + H2O H3O+ + C2H3O2-
Awal 0,15 - 0,5
Perubahan x x x
Kstb 0,15-x x 0,5 + x
[H3O+] [C2H3O2-] x . (0,5+x)
Ka = --- = --- ; x <<< 0,15 <<< 0,5 [HC2H3O2] 0,15-x
x = [H3O+] = 5,2 . 10-6 pH = 5,28
Cara lain : modifikasi rumus Ka sbl disubsitusi kstb
Contoh :
Bagaimanakah pengaruh terhadap pH jika ke dalam 1 L lar buffer yang terdiri dari 0,1 M HC2H3O2 dan 0,1 M NaC2H3O2 ditambah :
(a) 0,001 mol H3O+ (b) 0,001 mol OH- Jawab :
(a) Dihitung lebih dulu konst lar sbl dan sesudah penamahan 0,001 mol H3O+ I. Stoikiometri
C2H3O2- + H3O+ HC2H3O2 + H2O
Awal 0,1 0,1 Tambahan - 0,001 -
Perubahan 0,001 0,001 0,001 Akhir 0,1-0,001 ? 0,001+0,1 II. Perhitungan kstb
pH = pKa + log G/A = 4,76 + log 0,099/0,101
= 4,75 Jadi perubahan pH = 4,76 – 4,75 = 0,01
(b) Dihitung lebih dulu konst lar sbl dan sesudah penamahan 0,001 mol OH- I. Stoikiometri
HC2H3O2 + OH- C2H3O2- + H2O
Awal 0,1 0,1 Tambahan - 0,001 -
Perubahan 0,001 0,001 0,001 Akhir 0,1-0,001 ? 0,001+0,1 II. Perhitungan kstb
pH = 4,76 + log 0,101/0,099
= 4,77
Perubahan pH = 4,77 – 4,76 = 0,01
Pengaruh penambahan asam atau basa pada larutan buffer
Soal.
1. Berapakah pH larutan buffer yang dibuat dari 1,5 g NH3 dan 3,8 g (NH4)2SO4 ? Jika kepadanya ditambahkan 1 g NaOH, berapakah pHnya?
2. Larutan buffer tersusun dari 0,5 M NaC2H3O2 dan 0,15 M H C2H3O2. Berapakah pHnya jika ditambahkan 1 mL 6M HCl?
Tugas Lab.
3. Buatlah 1 L larutan buffer asetat dengan pH 5,76. Ka = 1,74.10-5. Tersedia garam NaC2H3O2 dan larutan HC2H3O2 1M.
