Kesetimbangan Asam-Basa [PDF]

Citation preview

KESETIMBANGAN ASAM-BASA



KIMIA DASAR I SEMESTER GANJIL 2020/2021



PENGERTIAN  Asam



 



& basa Arrhenius (1887)



Asam: zat larut dalam air, memberikan ion H+ atau H3O+ Basa: zat larut dalam air, memberikan ion OH-



Asam: HCl  HNO3  H2SO4  CH3COOH 



Basa: NaOH KOH Ca(OH)2 NH3 atau NH4OH



2



PENGERTIAN  Asam



dan basa Bronsted-Lowry  Asam: zat yang memberikan proton (H+)  Basa: zat yang menerima proton (H+) Asam 



 



HCl



Basa



+ H2O



Asam konj.



H3O+



Basa konj.



+



Basa konjugat: basa yg dihasilkan bila suatu asam menyumbangkan protonnya. Asam konjugat: asam yg dihasilkan bila suatu basa menerima sebuah proton.



Cl-



3



LATIHAN 1 Tentukan pasangan asam-basa konjugat dan pasangan basa-asam konjugat pada persamaan kimia berikut.  CH3COOH



 NH3







+ H2O



+ H2O



CH3COO- + H3O+ NH4+ + OH-



Kesimpulan: air berfungsi sebagai basa dalam reaksi yang melibatkan asam, dan berfungsi sebagai asam 4 dalam reaksi yang melibatkan basa.



JENIS ASAM MENURUT BRONSTED-LOWRY  Asam



monoprotik: asam yang mampu menyumbangkan satu proton ke satu molekul air. Asam



Basa



Basa konj.



Asam konj.



CH3COOH + H2O



CH3COO- + H3O+



HCl



+ H2O



Cl-



+ H3O+



HNO3



+ H2O



NO3-



+ H3O+ 5



JENIS ASAM MENURUT BRONSTED-LOWRY 











Asam poliprotik: asam yang mampu menyumbangkan lebih dari satu proton ke satu molekul air. Asam-asam ini terionisasi secara bertahap dengan melepaskan proton satu per satu. H2SO4 + H2O



H3O+ + HSO4-



HSO4- + H2O



H3O+ + SO42-



Asam sulfat (H2SO4) disebut juga asam diprotik karena menyumbangkan dua proton ke satu molekul air. 6



LATIHAN 2 



Tulislah persamaan reaksi untuk tahap-tahap ionisasi asam diprotik H2CO3 (asam karbonat) dan asam triprotik H3PO4 (asam fosfat), dan tentukan juga pasangan asam-basa konjugat dan basa-asam konjugatnya.



7



KEKUATAN ASAM DAN BASA 







Asam kuat atau basa kuat: elektrolit kuat yang terionisasi sempurna dalam air. Contoh asam kuat: asam klorida (HCl), asam nitrat (HNO3), asam perklorat (HClO4), asam sulfat (H2SO4)



HCl(aq) HNO3(aq) HClO4 (aq) H2SO4 (aq) 



+ H2O(l) + H2O(l) + H2O(l) + H2O(l)



irreversible



H3O+(aq) H3O+(aq) H3O+(aq) H3O+ (aq)



+ + + +



Cl-(aq) NO3- (aq) ClO4- (aq) HSO4- (aq)



Pada kesetimbangan, larutan hanya mengandung ionion yang berada pada sisi kanan.



8



KEKUATAN ASAM DAN BASA 



Contoh basa kuat: natrium hiroksida (NaOH), kalium hidroksida (KOH), barium hidroksida (Ba(OH)2). irreversible



NaOH(s)  KOH(s)  Ba(OH)2(s) 







H2O



H2O H2O



Na+(aq) + OH-(aq) K+(aq) + OH-(aq) Ba2+(aq) + 2OH-(aq)



Pada kesetimbangan, larutan hanya mengandung ion-ion yang berada pada sisi kanan. 9



KEKUATAN ASAM BASA 











 







Asam lemah atau basa lemah: elektrolit lemah yang sedikit terionisasi dalam air. Contoh asam lemah: asam hidrofluoriat (HF), asam asetat (CH3COOH). Contoh basa lemah: amonia (NH3). CH3COOH(aq) + H2O(l) NH3(aq) + H2O(l)



reversible



CH3COO-(aq) + H3O+(aq) NH4+(aq) + OH-(aq)



Pada kesetimbangan, larutan mengandung sisa molekul asam atau basa yang tidak terionisasi (sisi kiri) plus ion-ion yang berada pada sisi kanan. 10



PH SEBAGAI UKURAN KEASAMAN 







Air sebagai elektrolit lemah → fraksi molekul air yang terionisasi, dan konsentrasi ion H+ dan OH- dalam larutan air sangat kecil. Pengukuran konsentrasi ion H+ pada suatu larutan air dilakukan melalui pengukuran pH pada suhu 25oC. pH = -log [H+] atau pH = -log [H3O+] pOH = -log [OH-] Kw = [H+] [OH-] = 1,0 x 10-14 -(log [H+] + log [OH-]) = -log (1,0 x 10-14) -log[H+] - log [OH-] = 14,00 pH + pOH = 14,00



Kw = konstanta hasil kali ion untuk air.



11



PH



ASAM KUAT DAN BASA KUAT



Larutan asam: [H+] > 1,0 x 10-7 M; pH < 7,00  Larutan basa: [H+] < 1,0 x 10-7 M; pH > 7,00  Larutan netral: [H+] = 1,0 x 10-7 M; pH = 7,00 



Contoh soal 1: Dalam larutan NaOH diketahui [OH-] sebesar 2,9 x 10-4 M. Hitung pH larutan NaOH ini.  Jawab: pOH = -log [OH-] = -log (2,9 x 10-4) = 3,54 pH + pOH = 14,00 pH = 14,00 – 3,54 pH = 10,46 



12



PERHITUNGAN PH ASAM KUAT 







Contoh soal 2: Hitunglah pH (a) larutan HCl 1,0 x 10-3 M dan (b) larutan Ba(OH)2 0,020 M. Jawab 2a: HCl adalah asam kuat sehingga akan terionisasi sempurna di dalam air. irreversible



HCl(aq) Awal (M): 1,0 x 10-3 Perubahan (M): -1,0 x 10-3 Akhir (M): 0,0



H+(aq) + Cl-(aq) 0,0 0,0 +1,0 x 10-3 +1,0 x 10-3 + -3 -3 1,0 x 10 1,0 x 10



(+) = kenaikan konsentrasi; (-) = penurunan konsentrasi [H+] = 1,0 x 10-3 M 13 pH = -log[H+] = -log (1,0 x 10-3) = 3,00



PERHITUNGAN PH BASA KUAT 



Jawab 2b: Ba(OH)2 adalah basa kuat sehingga akan terionisasi sempurna di dalam air.



Ba(OH)2(aq) Awal (M): 0,020 Perubahan (M): -0,020 Akhir (M): 0,0



irreversible



Ba2+(aq) + 2OH-(aq) 0,0 0,0 +0,020 +2x0,020 + 0,020 0,040



[OH-] = 0,040 M pOH = -log[OH-] = -log (0,040) = 1,40 pH = 14,00 – pOH = 14,00 – 1,40 = 12,60



14



LATIHAN 3 1. Hitunglah pH setiap larutan berikut ini: (a) 5,2 x 10-4 M HNO3 (b) 0,76 M KOH (c) 2,8 x 10-4 M Ca(OH)2 2. Konsentrasi ion OH- di dalam sampel darah ialah 2,5 x 10-7 M. Berapakah pH sampel darah tersebut?



15



PERHITUNGAN PH ASAM LEMAH 



Karena ionisasi asam lemah di dalam air tidak sempurna, semua molekul asam dan ion yang terlibat dalam reaksi berada pada kesetimbangan.



HA(aq)



Ka =



[H+]



[A-]



[HA] 







reversible



H+(aq) + A-(aq) HA = larutan asam H+ dan A- = hasil ionisasi larutan asam tersebut



Nilai konstanta ionisasi asam (Ka) menunjukkan tingkat kekuatan asam dari suatu larutan asam. Semakin besar nilai Ka, semakin kuat asamnya, semakin 16 mudah ionisasinya, dan semakin tinggi [H+].



CONTOH SOAL 1 Hitunglah konsentrasi molekul asam format (HCOOH) yang tidak terionisasi dan konsentrasi ion-ion hasil ionisasi larutan asam format 0,100 M pada kesetimbangan jika diketahui nilai Ka asam format 1,7 x 10-4. Jawab: asam format termasuk asam lemah yang tidak terionisasi sempurna di dalam air. HCOOH(aq) Awal (M): 0,100 Perubahan (M): -x Kesetimbangan (M): (0,100-x) Ka = [H+][HCOO-] = 1,7 x 10-4 [HCOOH]



H+(aq) + HCOO-(aq) 0,0 0,0 +x +x x x →



x2 0,100-x



= 1,7 x 10-4 17



+



JAWABAN 1 (LANJUTAN) HCOOH termasuk asam lemah sehingga ionisasinya sangat kecil, sehingga x < 0.100 M. Pendekatan 1: jika x < 5% dari konsentrasi awal (0,100 M) maka 0,100 – x = 0,100. Pendekatan 2: jika x > 5% dari konsentrasi awal maka kita harus memecahkan persamaan kuadrat di atas. Gunakan pendekatan 1, yaitu 0,100 – x = 0,100 x2 = x2 = 1.7 x 10-4 0,100-x 0,100 x2 = 1.7 x 10-5 x = 4,1 x 10-3 M = 0,0041 M Untuk memeriksa kesahihan pendekatan: 0,0041 M x 100% = 4,1% 0,100 M x < 5% dari konsentrasi awal (0,100 M), sehingga pendekatan sahih.18



JAWABAN 1 (LANJUTAN) 



Maka konsentrasi masing-masing molekul dan ion dalam kesetimbangan:



[H+] = 4,1 x 10-3 M  [HCOO-] = 4,1 x 10-3 M  [HCOOH] = (0,100 – 4 x 10-3) = 0,100 – 0,0041 = 0, 096 M 



Jika ditanyakan pH larutan HCOOH, maka: pH = -log[H+] = -log (4,1 x 10-3) = 2,34 19



CONTOH SOAL 2 Hitunglah pH larutan asam nitrit (HNO2) 0,052 M jika diketahui nilai Ka = 4,5 x 10-4.  Jawab: asam nitrit merupakan asam lemah. 



HNO2(aq) Awal (M): 0,052 Perubahan (M): -x Kesetimbangan (M): (0,052-x)



H+(aq) + NO2-(aq) 0,0 0,0 +x +x x x



Ka = [H+][NO2-] = 4,5 x 10-4 → x2 = 4,5 x 10-4 [HNO2] 0,052 - x 20



+



JAWABAN 2 (LANJUTAN) Gunakan pendekatan 1, yaitu 0,052 – x = 0,052 x2 = x2 = 4,5 x 10-4 0,052-x 0,052 x2 = 2,3 x 10-5 x = 4,8 x 10-3 M Pemeriksaan terhadap pendekatan: 0,0048 M x 100% = 9,2% 0,052 M x > 5% dari konsentrasi awal sehingga pendekatan 1 tidak sahih. 



21



JAWABAN 2 (LANJUTAN) Karena x > 5% dari konsentrasi awal (0,052 M), maka kita harus memecahkan persamaan kuadrat untuk mendapatkan nilai x → gunakan persamaan kuadrat, yaitu x2 = 4,5 x 10-4 0,052-x x2 + 4,5•10-4x – 2,3•10-5 = 0 Dengan menggunakan rumus kuadrat: x = -b ± √b2 – 4ac 2a = -4,5 x 10-4 ± √(4,5 x 10-4)2 – 4(1)(2,3 x 10-5) 22 2(1) 



JAWABAN 2 (LANJUTAN) x = 4,6 x 10-3 M



atau x = -5,0 x 10-3 M



Nilai x yang diambil adalah nilai x yang positif karena konsentrasi ion tidak mungkin negatif. Sehingga nilai x = 4,6 x 10-3 M. Pada kesetimbangan [H+] = 4,6 x 10-3 M. pH = -log[H+] = -log (4,6 x 10-3) = 2,34 Sehingga pH asam nitrit (HNO2) 0,052 M adalah 2,34.



23



CONTOH SOAL 3 Hitunglah konsentrasi semua molekul dan ion yang ada pada kesetimbangan dalam larutan asam oksalat (C2H2O4) 0,10 M.  Jawab: asam oksalat merupakan asam diprotik yang terionisasi melalui dua tahap sehingga penyelesaian perhitungan dilakukan pada masing-masing tahapan ionisasi.  Tahap pertama ionisasi (nilai Ka1 = 6,5 x 10-2): C2H2O4(aq) H+(aq) + C2HO4Awal (M): 0,10 0,0 0,0 Perubahan (M): -x +x +x + Kesetimbangan (M): 0,10 – x x x 



24



JAWABAN 3 (LANJUTAN) Ka1 = [H+][C2HO4-] = 6,5 x 10-2 [C2H2O4] x2 = 6,5 x 10-2 0,10 – x Karena nilai Ka cukup besar, maka kita tidak dapat menerapkan pendekatan 1, yaitu 0,10 – x = 0,10. Kita harus menggunakan pendekatan 2 dengan memecahkan persamaan kuadrat. x2 + 6,5 x 10-2x - 6,5 x 10-3 = 0 Dengan menggunakan rumus x = -b ± √b2 – 4ac 2a



diperoleh nilai x = 0,054 M. Saat kesetimbangan untuk tahap ionisasi pertama tercapai, diperoleh [H+] = 0,054 M; [C2HO4-] = 0,054 M [C2H2O4] = 0,10 M - 0,054 M = 0,046 M



25



JAWABAN 3 (LANJUTAN) Tahap kedua ionisasi (nilai Ka2 = 6,1 x 10-5): C2HO4- (aq) H+(aq) + C2O42-(aq) Awal (M): 0,054 0,054 0,0 Perubahan (M): -y +y +y + Kesetimbangan (M): 0,054-y 0,054+y y 



Ka2 = [H+][C2O4-] = 6,5 x 10-5 [C2HO4-] (0,054 + y)y = 6,5 x 10-5 0,054 – y Karena nilai Ka2 kecil, maka kita dapat menggunakan pendekatan 1, yaitu: 0,054 – y = 0,054 dan 0,054 + y = 0,05426



JAWABAN 3 (LANJUTAN) Sehingga persamaan menjadi: 0,054 y = 6,5 x 10-5 0,054 y = 6,5 x 10-5 M Maka pada kesetimbangan, [C2H2O4] = 0,046 M [C2HO4-] = (0,054 - 6,5 x 10-5) = 0,054 M [H+] = (0,054 + 6,5 x 10-5) = 0,054 M [C2O4-] = 6,5 x 10-5 M Jika ditanya pH larutan asam oksalat (C2H2O4) setelah mencapai kesetimbangan adalah pH = -log [H+] = -log (0,054) = 1,23. 27



PERHITUNGAN PH BASA LEMAH Secara prinsip, kita menggunakan cara yang sama dengan perhitungan pH pada asam lemah, hanya saja dalam perhitungan kita melibatkan [OH-] dan konstanta ionisasi basa (Kb).  Contoh soal: Hitung pH larutan amonia (NH3) 0,400 M.  Jawab: NH3(aq) + H2O(l) NH4+(aq) + OH-(aq) Awal (M): 0,400 0,0 0,0 Perubahan (M): -x +x +x + Kesetimbangan (M): 0,400 – x x x 



Kb = [NH4+] [OH-] = 1,8 x 10-5 → x2 = 1,8 x 10-5 [NH3] (0,400-x)



28



JAWABAN (LANJUTAN) Dengan menggunakan pendekatan 1, yaitu 0,400 – x = 0,400 dihasilkan: x2 = x2 = 1,8 x 10-5 0,400 – x 0,400 x2 = 7,2 x 10-6 x = 2,7 x 10-3 M 



Pada kesetimbangan [OH-] = 2,7 x 10-3 M pOH = -log [OH-] = -log(2,7 x 10-3) = 2,57 pH = 14,00 – 2,57 = 11,43



29



CATATAN 



Dalam perhitungan konsentrasi larutan asam atau basa dan ion-ionnya, dan pH larutan asam atau basa, baik asam dan basa kuat atau asam dan basa lemah, kita mengabaikan pengaruh air (H2O) terhadap [H+] dan [OH-] karena [H+] dan [OH-] yang berasal dari ionisasi molekul air sangat kecil (1,0 x 10-7 M) dibandingkan [H+] dan [OH-] yang berasal dari larutan asam atau basa.



30



LATIHAN 4 1.



2.



3.



4.



Berapa pH asam lemah monoprotik 0,122 M yang memiliki Ka = 5,7 x 10-4? pH larutan asam lemah monoprotik 0,060 M adalah 3,44. Hitunglah nilai Ka asam tersebut. Hitunglah konsentrasi dari C2H2O4, C2O4-, C2HO42-, dan H+ di dalam suatu larutan asam oksalat (C2H2O4) 0,20 M jika diketahui nilai Ka1 asam okasalat = 6,5 x 10-2 dan Ka2 = 6,1 x 10-5 . Hitunglah pH larutan metilamina 0,26 M jika diketahui nilai Kb metilamina 4,4 x 10-4. Reaksi metilamina: CH3NH2(aq) + H2O(l) CH3NH3+(aq) + OH-(aq) 31