Larutan elektrolit, asam, basa, dan pH

1.1   Larutan

Larutan merupakan fase yang setiap hari ada dalam kehidupan kita. Suatu sistem homogen yang mengandung dua atau lebih zat yang masing – masing komponennya tidak dapat dibedakan secara fisik disebut larutan, sedangkan suatu sistem yang heterogen disebut campuran. Biasanya istilah larutan dianggap sebagai cairan yang mengandung zat terlarut, misalnya padatan atau gas dengan kata lain larutan tidak hanya terbatas pada cairan saja.

Komponen dari larutan terdiri dari dua jenis yaitu pelarut dan zat terlarut yang dapat dipertukarkan tergantung jumlahnya. Pelarut merupakan komponen yang utama yang terdapat dalam jumlah yang banyak, sedangkan komponen minornya merupakan zat terlarut. Larutan terbentuk melalui pencampuran dua atau lebih zat murni yang molekulnya dapat berinteraksi secara langsung dalam keadaan tercampur. Semua gas bersifat dapat bercampur dengan sesamanya, karena itu campuran gas adalah larutan. Proses pelarutan dapat diilustrasikan seperti gambar di bawah ini.

Jenis – jenis Larutan

·        Gas dalam gas – seluruh campuran gas

·        Gas dalam cairan – oksigen dalam air

·        Cairan dalam cairan – alkohol dalam air

·        Padatan dalam cairan – gula dalam air

·        Gas dalam padatan – hidrogen dalam paladium

·        Cairan dalam padatan – Hg dalam perak

·        Padatan dalam padatan – alloys

1.2     Larutan Elektrolit

Berdasarkan kemampuan menghantarkan arus listrik (didasarkan pada daya ionisasi), larutan dibagi menjadi dua, yaitu larutan elektrolit yang terdiri dari elektrolit kuat dan elektrolit lemah, serta larutan non elektrolit. Larutan elektrolit adalah larutan yang dapat menghantarkan arus listrik, sedangkan larutan non elektrolit aalah larutan yang tidak dapat menghantarkan arus listrik.

1.2.1        Larutan Elektrolit kuat

Larutan elektrolit kuat adalah larutan yang mempunyai daya hantar arus listrik, karena zat terlarut yang yang berada didalam zat pelarut (biasanya air) seluruhnya dapat berubah menjadi ion-ion dengan harga derajat ionisasi adalah satu (α=1). Yang tergolong elektrolit kuat adalah :

·          Asam kuat, antara lain : HCl, HclO₃, HClO₄, H₂SO₄, HNO₃, dan lain-lain.

·          Basa kuat, yaitu basa-basa golongan alkali dan alkali tanah, antara lain, NaOH, KOH, Ca(OH)₂, Mg(OH)₂, Ba(OH)₂, dan lain-lain.

·          Garam-garam yang mempunyai kelarutan yang tinggi, antara lain NaCl,  KCl, KI, Al₂(SO₄)₃, dan lain-lain.

1.2.2        Larutan Elektrolit Lemah

Larutan elektrolit lemah adalah larutan yang mampu menghantarkan arus listrik dengan daya yang lemah, dengan harga derajat ionisasi lebih dari nol tetapi kurang dari satu (0 < α < 1). Yang tergolong elektrolit lemah adalah :

·          Asam lemah, antara lain : CH₃COOH, HCN, H₂CO₃, H₂S dan lain-lain.

·          Basa lemah, antara lain : NH₄OH, Ni(OH)₂, dan lain-lain.

·          Garam-garam yang sukar larut, antara lain : AgCl, CaCrO₄, PbI₂, dan lain-lain.

1.3   Asam, Basa, dan pH

Svante August Arrhensius pada tahun 1887 menyatakan bahwa : “Molekul-molekul elektrolit selalu menghasilkan ion-ion positif dan negatif jika dilarutkan dalam air”.

Selanjutnya pada tahun 1900 ia mengemukakan teori yang sampai sekarang dikenal dengan Teori Asam Basa Arrhensius : “Asam merupakan suatu senyawa yang dapat menghasilkan ion Hidrogen (H⁺) bila dilarutkan dalam air. Basa merupakan suatu senyawa yang dapat menghasilkan ion Hidroksida (OH^-) bila dilarutkan dalam air”.

·        ASAM

1.      Asam Nitrat dalam Air :

HNO_{3 (aq)} → H⁺_(aq) + NO^3-_(aq)

2.      Asam Klorida dalam Air

HCl_(aq)→ H⁺ + Cl^-

Setiap atom HNO₃ dan HCl hanya dapat menghasilkan 1 ion H⁺ disebut valensi asam. Asam semacam ini disebut juga asam monoprotik. Asam yang setiap molekulnya dapat menghasilkan 2 ion H⁺ disebut asam diprotik, menghasilkan 3 atom H⁺ disebut asam triprotik. Asam diprotik dan tripotik dikelompokkan edalam asam poliprotik.

Contoh Asam Monoprotik dan Poliprotik

RUMUS ASAM	NAMA ASAM	KETERANGAN
HF	Asam Fluorida	Monoprotik
HCl	Asam Clorida	Monoprotik
HBr	Asam Bromida	Monoprotik
HI	Asam Iodida	Monoprotik
HCN	Asam Sianida	Monoprotik
H2S	Asam Sulfida	Diprotik
HNO3	Asam Nitrat	Monoprotik
H2SO4	Asam Sulfat	Diprotik
H3PO3	Asam Pospit	Triprotik
H3PO4	Asam Pospat	Triprotik
H2CO3	Asam karbonat	Diprotik

·        BASA

Pada kimia modern basa dapat menghasilkan ion hidroksida (OH^-) dengan 2 cara :

Pertama, senyawa basa dalam pelarut air menghasilkan ion hidroksida (OH^-) secara langsung.

NaOH_(aq)→ Na_(aq) + OH^-_(aq)

Kedua, senyawa basa yang bereaksi dengan air menghasilkan ion hidroksida (OH^-)

NH_3(aq) + H₂O_(l)→ NH^4-_(aq) + OH^-_(aq)

Untuk menunjukkan sifat basanya larutan NH₃ biasa ditulis NH₄OH.

Jumlah ion OH^- yang dapat dihasilkan oleh suatu molekul basa disebut valensi basa.

Contoh Basa

RUMUS BASA	NAMA BASA
NH3	Amoniak
NH4OH	Amonium Hidroksida
NaOH	Natrium Hidroksida
KOH	Kalium Hidroksida
Mg(OH)2	Magnesium Hidroksida
Ca(OH)2	Kalium Hidroksida
Sr(OH)2	Stronsium Hidroksida
Ba(OH)2	Barium Hidroksida
Al(OH)3	Alumunium Hidroksida
Fe(OH)2	Besi (II) Hidroksida
Fe(OH)3	Besi (III) Hidroksida

·      REAKSI IONISASI ASAM DAN BASA

1.      Asam dan Reaksi Ionisasinya

Rumus Asam	Nama Asam	Reaksi Ionisasi	Valensi Asam
HF	Asam Fluorida	HF → H+ + F-	1
HBr	Asam Bromida	HBr → H+ + F-	1
HCN	Asam Sianida	HCN → H+ + CN-	1
H2S	Asam Sulfida	H2S → 2H+ + S2-	2
H3PO4	Asam Pospat	H3PO4 → 3H+ + PO43-	3
H2CO3	Asam Karbonat	H2CO3 → 2H+ + CO32-	2
H2C2O4	Asam Oksalat	H2C2O4→ 2H+ + C2O42-	2

2.      Basa dan Reaksi Ionisasinya

Rumus Basa	Nama Basa	Reaksi Ionisasi	Valensi Asam
NaOH	Natrium Hidroksida	NaOH→Na+ + OH-	1
Mg(OH)2	Magnesium Hidroksida	Mg(OH)2 → Mg2+ + 2OH-	2
Ba(OH)2	Barium Hidroksida	Ba(OH)2 →Ba2+ + 2OH-	2
Al(OH)3	Alumunium Hidroksida	Al(OH)3→ Al3+ + 3OH-	3
Fe(OH)3	Besi (III) Hidroksida	Fe(OH)3→ Fe3+ + 3OH-	3

·        SENYAWA AMFOTER

Beberapa senyawa dapat berssifat sebagai asam dalam lingkungan basa kuat dan sebagai basa dalam lingkungan asam kuat, senyawa yang memiliki sifat seperti itu disebut senyawa amfoter.

Reaksi senyawa amfoter dalam lingkungan basa kuat  dan asam kuat :

Al(OH)_{3 (s)} + OH^- _(aq) → Al(OH)₄^- _(aq)

                    Basa kuat

Al(OH)_{3 (s)} + 3H⁺ _(aq) → Al³⁺ _(aq) + 3H₂O _(l)

                 Asam kuat

Contoh Senyawa Amfoter

Asam		Basa
Asam Arsenit	H3AsO3	Arsen (III) Hidroksida	As(OH)3
Asam Antimonit	H3SbO3	Antimon (III) Hidroksida	Sb(OH)3
Asam Plumbit	H2PbO2	Timbal (II) Hidroksida	Pb(OH)2
Asam Singkat	H2ZnO2	Seng Hidroksida	Zn(OH)2
Asam Stanit	H2SnO2	Stannum (II) Hidroksida	Sn(OH)2
Asam Stanat	H2SnO3	Stabbun (III) Hidroksida	Sn(OH)4

·        INDIKATOR ASAM BASA

Zat yang bersifat asam atau basa banyak ditemukan dalam kehidupan sehari-hari. Asam sitrat, vitamin C tisak lain dari asam Askrbat, asam asetat, yaitu cuka, asam karbonat dapat memberikan rasa segar dalam minuman ringan, asam sulfat untuk Akumulator.

Contoh basa : Amoniak untuk pelarut disinfektan. Soda api (Natrium hidroksida) untuk membersihkan saluran bak cuci, Alumunium Hidroksida dan Magnesium Hidroksida untuk membuat obat nyeri lambung.

Asam dan basa memiliki sifat yang berbeda-beda, asam suatu zat yang rasanya asam, korosif (biasanya merusak) dan dapat mengubah warna kertas lakmus biru menjadi warna merah, sedangkan basa memiliki sifat pahit, licin (bersifat kaustik) dan dapat merubah kertas lakmus erah menjadi biru. Untuk mengetahui suatu larutan bersifat asam atau basa digunakan kertas lakmus (indikator).

Tabel Indikator Asam Basa

Nama Indikator	Warna dalam Larutan
	Asam	Basa
Lakmus Merah	Merah	Biru
Lakmus Biru	Merah	Biru
Fenolftalein	Tidak Berwarna	Merah Ungu
Fenol Merah	Kuning	Merah
Metil Merah	Merah	Kuning
Metil Kuning	Merah	Kuning
Metil Jingga	Merah	Jingga Kuning

·        KEKUATAN ASAM BASA

Larutan elektrolit adalah larutan yang dapat menghantarkan arus listrik. Yang termasuk larutan elektrolit adalah asam, basa, dan garam.

Air murni jika diukur daya hantar listriknya dengan Amperemeter yang peka, air juga merupakan zat elektrolit, tetapi elektrolit sangat lemah. Persamaan ionisasi air :

H₂O _(l) ↔ H⁺ _(aq) + OH^- _(aq)

Persamaan Ketetapan Keseimbangan

K = [H+][OH-]                [H2O]

 

Perkalian K dan [H₂O] disebut tetapan ion air atau K_w

Kw = [H+][OH-]

 

                

Dari percobaan pada temperatur 25°C, diperoleh :

K_w = 1,0 x 10^-14

Dari persamaan ionisasi air dapat dilihat jumlah ion H⁺ dan OH^- adalah sama banyaknya, jadi [H⁺] = [OH^-], dengan demikian,

K_w = [H⁺][OH^-] = 10^-14

[H⁺]² = [OH^-]² = 10^-14

Jadi, [H⁺] = [OH^-] = 10^-14  = 10^-7 mol/liter

Dari perhitungan ini air murni  sangat sedikit menghasilkan ion H⁺ dan OH^-, maka air kurang dapat menghantarkan listrik.

Asam kuat atau basa kuat adalah asam atau basa yang dalam air sebagian besar atau seluruh molekulnya terurai menjadi ion-ionnya.

Asam lemah atau basa lemah adalah asam atau basa yang dalam air sebagian kecil molekulnya terurai menjadi ion-ionnya.

·        DERAJAT IONISASI

Banyak atau sedikitnya molekul zat yang terionisasi dinyatakan dalam derajat ionisasi. Derajat ionisasi (α) adalah perbandingan banyaknya molekul zat yang terurai dengan banyaknya molekul zat mula-mula.

Derajat Ionisasi (α) = jumlah mol zat yang terionisasi                                      Jumlah mol zat mula-mula

 

Asam kuat seperti HCl sebagian besar atau seluruh molekul HCl terurai menjadi ion H⁺ dan ion Cl^- :

HCl → H⁺ +  Cl^-

Maka derajat ionisasi (α)  HCl = 1

Asam asetat (CH₃COOH) adalah asam lemah, maka sebagian kecil atau sedikit dari molekul asam asetat terurai menjadi ion H⁺ dan ion CH₃COO^-, karena hanya sedikit terurai menjadi ion-ionnya maka terjadi reaksi kesetimbangan (↔)

CH₃COOH ↔ H⁺ + CH₃COO^-

Tetapan ionisasi asam (Ka) dari CH₃COOH dapat ditentukan

Ka = [CH3COO-][H+]              [CH3COOH]

 

Contoh :

Larutan CH₃COOH dengan konsentrasi 0,1 Mol/L, dengan derajat ionisasi larutan 0,0134 maka nilai tetapan ionisasi asam dapat ditentukan.

Diketahui :

Derajat ionisasi(α) = 0,0134

[CH₃COOH] mula-mula = 0,1 Mol/L

[CH₃COOH] terionisasi = [CH₃COOH] mula-mula

                                          = 0,0134 x 0,1

                                   = 1,34 x 10^-3 mol/L

Ditulis dengan persamaan :

                                CH₃COOH ↔  H⁺       +     CH₃COO^-

Mol mula-mula = 0,1

Mol terionisasi = 1,34 x 10^-3

Mol kesetimbangan =(0,1 - 1,34 x 10^-3)             1,34 x 10^-3                                   1,34 x 10^-3

Catatan: Karena 1,34 x 10-3 = 0,00134, sangat kecil jika dibandingkan dengan 0,1 maka (0,1 - 1,34 x 10-3) dianggap sama dengan 0,1.

Ka = [CH₃COO^-][H⁺]

             [CH₃COOH]

Ka = [1,34 x 10^-3] [1,34 x 10^-3]

               [0,1 - 1,34 x 10^-3]

Ka = [1,34 x 10^-3] [1,34 x 10^-3]

                              [0,1]

Ka = 1,8 x 10^-6

               10^-1

Ka = 1,8 x 10^-5

Asam poliprotik memiliki lebih dari satu tetapan ionisasi. Contoh penguraian asam sulfat dan asam Fospat dan tetapan ionisasi-ionisasinya:

Ka1= [H+][SO4-]            [H2SO4]

H₂SO₄  ↔ H⁺   +   SO₄^-

HSO₄^-   ↔ H⁺   +   SO₄^2-

Ka2= [H+][SO42-]            [HSO4-]

Kekuatan asam dan basa ditentukan oleh besarnya harga tetapan ionisasi : Makin besar harga tetapan ionisasi Asam atau Basa, maka makin kuat asam dan basanya.

 

Tetapan ionisasi asam (Ka) dan Basa (Kb) Monoprotik

Rumus Kimia	Nama	Tetapan Ionisasi
C6H5COOH	Asam Benzoat	6,7 x 10-6
HF	Asam Florida	6,7 x 10-10
HCN	Asam Sianida	6,7 x 10-8
HNO2	Asam Nitrit	6,7 x 10-4
CH3COOH	Asam Asetat	6,7 x 10-5
HC3H5O3	Asam Laktat	6,7 x 10-4
HCOOH	Asam Format	6,7 x 10-4
NH3 (aq)	Amonia	6,7 x 10-5
N2H4	Hidraksin	6,7 x 10-6
NH2OH	Hidroksiamin	6,7 x 10-6
C6H5NH2	Anilin	6,7 x 10-10

Tetapan ionisasi Asam (Ka) diprotik

Nama	Rumus Kimia	Tetapan ionisasi
		Ka1	Ka2
Asam Sulfat	H2SO4	Sangat Besar	1,2 x 10-2
Asam Karbonat	H2CO3	4,3 x 10-7	5,6 x 10-11
Asam Sulfit	H2SO3	1,5 x 10-2	1,0 x 10-7
Asam Askorbat	H2C6H8O6	7,2 x 10-5	1,6 x 10-12

·        pH

Dalam air murni, harga [H⁺] sama dengan [OH^-] yaitu 10^-7, harga pH asam dan basa mulai dari 1 sampai dengan 14.

Untuk menyederhanakan tulisan, seorang ahli Kimia Denmark, S.P.L. Sorensen (1968 – 1939) pada tahun 1909 menggunakan skala untuk menyatakan konsentrasi H⁺ suatu larutan. Skala tersebut diberi nama skala pH. Nilai pH sama dengan negatif logaritma konsentrasi ion H^{+ ,} dituliskan sebagai berikut :

pH = - Log [H+]

 

Jika [H⁺] = x X 10^-n, maka pH = n – log x

Jika [H⁺] = 1 X 10^-n, maka pH = n

Sebaliknya, jika pH = n, maka [H⁺] = x X 10^-n

Analogi dengan pH maka pOH dinyatakan sebagai berikut :

pOH = - Log [OH-]

 

pH merupakan suatu parameter untuk menyatakan tingkat keasaman suatu larutan.

Larutan asam mempunyai pH kurang dari 7 sedangkan larutan basa memiliki pH lebih dari 7, larutan netral pH = 7.

pH dapat ditentukan dengan menggunakan indikator universal atau dengan pH meter.

Batas-batas pH ketika indikator mengalami perubahan warna disebut trayek perubahan warna. Trayek perubahan warna lakmus adalah 5,5 – 8,8.

Trayek Perubahan Warna Beberapa Indikator

Indikator	Trayek Perubahan Warna	Perubahan Warna
Metil Jingga	2,9  - 4,0	Merah – Kuning
Metil Merah	4,2 – 6,3	Merah – Kuning
Bromtimol Biru	6,0 – 7,6	Kuning – Biru
Fenolftalein	8,3 – 10,0	Tidak Berwarna - Merah

Contoh : Menentukan pH larutan dengan menggunakan beberapa indikator

Dalam suatu percobaan di laboratorium, suatu larutan jika ditetesi dengan bromtimol biru (6,0 – 7,6) larutan berwarna biru, jika ditetesi fenolftalein (8,3 – 10,0) larutan tidak berwarna. Tentukan pH larutan !

Jawab :

Jika dengan bromtimol biru larutan berwarna biru berarti pH larutan lebih dari 7,6, jika dengan fenolftalein tidak berwarna berarti pH larutan kurang dari 8,3. Jadi pH larutan tersebut memiliki pH larutan dengan trayek 7,6 – 8,3 atau dapat dituliskan 7,6<pH< 8,3.

Menghitung pH larutan Asam dan Basa

Asam Kuat

[H+]  = M x Valensi asam

Asam kuat mengion sempurna dalam air, pH larutan dapat ditentukan jika [H⁺]  diketahui

Asam Lemah

Asam lemah tidak mengion sempurna dalam air, pH larutan dapat ditentukan jika [H⁺]  diketahui

[H+]  = α.M

[H+]  =

                                                                  Atau                                                            

Ka = Tetapan ionisasi asam

M = Konsentrasi asam

Α = Derajat ionisasi

Basa Kuat

Basa kuat mengion sempurna dalam air, pH larutan dapat ditentukan jika [OH^-] diketahui

[OH-] = M x valensi basa

 

Basa Lemah

Basa lemah tidak mengion sempurna dalam air, pH larutan dapat ditentukan jika [OH^-] diketahui

[OH-] = α.M

[OH-] =

                                                                  Atau  

Kb = Tetapan ionisasi basa

M = Konsentrasi basa

Α = Derajat ionisasi

Jika tetapan ionisasi asam (Ka) terdiri dari dua, yaitu Ka₁ dan Ka₂, maka harga Ka merupakan hasil perkalian dari Ka₁ dan  Ka₂, seperti contoh di bawah ini :

Asam poliprotik Ka asam diprotik, Ka asam triprotik,

Ka = Ka1 . Ka2

Ka = Ka1 . Ka2 . Ka3