ASAM-BASA DAN APLIKASINYA DALAM ANALISIS SENYAWA
Penggolongan
berbagai senyawa kimia dialam yang sangat melimpah baik dari segi jumlah maupun
jenisnya berdasarkan sifat asam dan basa sangat membantu para ilmuwan dalam
menyederhanakan obyek studi mereka, sehingga mempermudah proses pembelajaran
berikutnya. Senyawa-senyawa dialam yang dapat dikelompokkan kedalam kelompok
senyawa asam atau basa sangat melimpah jumlahnya, dengan tingkat keasaman dan
kebasaan yang bervariasi.
Tentu tidak semua orang mengerti akan
konsep asam dan basa ini, meski hampir dapat dipastikan setiap orang hampir
setiap hari berhubungan dengan zat-zat baik yang bersifat asam maupun basa
dalam kehidupannya. Sebagai contoh, makanan yang kita konsumsi umumnya bersifat
asam, sedangkan produk-produk pembersih seperti sabun dan detergen bersifat
basa.
Istilah asam (acid) berasal dari bahasa
Latin Acetum yang berarti cuka. Sedangkan istilah alkali (sebutan lain untuk
basa) berasal dari bahasa Arab yang berarti abu. Basa digunakan dalam pembuatan
sabun. Asam dan basa memiliki sifat khas yang saling menetralkan. Dialam, asam
ditemukan dalam buah-buahan dan produk lain dari tanaman. Asam mineral yang
lebih kuat telah dibuat pada pertengahan abad 19, seperti aqua forti (asam
nitrat) yang digunakan dalam proses pemisahan emas.
Sifat asam dan basa juga sangat berpengaruh
terhadap kondisi lingkungan dan makhluk hidup pada lingkungan tersebut.
Keasaman tanah akan akan berpengaruh terhadap kondisi tumbuhan yang ada
diatasnya. Kualitas air juga ditentukan dengan mengukur tingkat keasamannya.
Hujan asam bahkan akan menyebabkan kerusakan lingkungan yang signifikan.
Umumnya senyawa asam atau basa murni (tidak
bercampur dengan senyawa lain) yang ada dialam berbentuk larutan. Begitupun
dalam keperluan analisis, umumnya dilakukan dalam bentuk larutannya.
SIFAT-SIFAT ASAM
DAN BASA
Secara umum asam dan basa memiliki sifat
yang berbeda dan berlawanan.
Sifat-sifat asam:
- Rasanya
masam ketika dilarutkan dalam air
- Asam
terasa menyengat saat disentuh, terutama bila asam tersebut adalah asam
kuat
- Dari segi
reaktivitasnya, asam bereaksi kuat dengan kebanyakan logam, atau bersifat
korosif terhadap logam
- Dari segi
daya hantar listriknya, asam walaupun tidak selalu ionik, ia bersifat
elektrolit atau dapat menghantarkan arus listrik.
Sifat-sifat basa:
- Rasanya
pahit
- Terasa
licin seperti sabun saat disentuh
- Dari segi
reaktivitasnya, senyawa basa bersifat kaustik yaitu dapat merusak kulit
jika senyawa basa tersebut berkadar tinggi
- Basa juga
merupakan senyawa elektrolit atau dapat menghantarkan arus listrik
Berkaitan dengn asam basa ini, suatu
larutan dapat dikelompokan menjadi larutan asam, basa dan netral. Meskipun
larutan asam dan basa memiliki rasa yang sangat berbeda, namun membedakan
senyawa asam dan basa dengan cara mencicipinya, bukanah cara yang bijaksana dan
sanga tidak dianjurkan. Karena banyak senyawa asam atau basa tersebut yang akan
menimbulkan efek merugikan yang berarti terhadap kesehatan. Sebagai contoh asam
sulfat (H2SO4) dapat menyebabkan luka bakar yang serius. Penggunaan indikator
asam basa adalah cara terbaik saat ini yang dapat digunakan untuk mengetahui
apakah larutan tersebut bersifat asam, basa, atau netral.
Sifat asam dan basa suatu larutan juga
dapat ditunjukan dengan mengukur PHnya. PH merupakan suatu parameter yang
digunakan untuk menyatakan tingkat keasaman larutan. Larutan asam mempunyai PH
yang lebih kecil dari 7, larutan basa mempunya PH lebih dari 7 dan larutan
netral memiliki PH 7. Untuk mengukur PH dapat digunakan alat PH meter atau
indikator PH (indikator universal).
TEORI ASAM BASA
Dipertengahan abad ke 17, Kimiawan
Jerman Johann Rudolf Glauber yang tinggal di Belanda, menghasilkan dan menjual
berbagai bahan kimia asam dan basa. Dia dikenal sebagai insinyur kimia pertama.
Pada masa itu pulalah dimulai studi mendalam mengenai asam dan basa ini.
Boylem, rekan sezaman Glauber menemukan metode penggunaan pewarna yang
diperoleh dari tanaman Roccella sebagai indikator asam dan basa. Pada saat itu
telah diketahui bahwa senyawa asam dan basa memiliki sifat yang berlawanan dan
dapat meniadakan satu sama lain. Sebelum perkembangan kimia asam didefinisikan
sebagai sesuatu yang masam, dan alkali atau basa sebagai sesuatu yang akan
menghilangkan atau menetralkan efek asam.
Awalnya ada kebingungan tentang sifat dasar
asam. Pada saat itu oksigen dianggap sebagai komponen penting dari asam. Bahkan
nama "Oksigen" yang dalam bahasa Yunani berarti "sesuatu yang
masam" diambil karena adanya anggapan tersebut.
Pada pertengahan abad 19, Davy menemukan
bahwa hidrogen klorida (HCl) dalam larutan air memberikan sifat asam, namun
senyawa ini tidak mengandung komponen oksigen. Fakta tersebut pun kemudian
mematahkan anggapan sebelumnya yang menganggap bahwa sifat asam ditentukan oleh
adanya unsur oksigen. Dan sebagai gantinya, ia mengusulkan bahwa hidrogen
adalah komponen penting dalam asam.
Sifat asam pertama dapat diketahu secara
kuantitatif pada akhir abad 19. Tahun 1884, Kimiawan Swedia Svante August
Arrhenius mengemukan teori disosiasi elektrolit yang menyatakan bahwa
elektrolit semacam asam, basa dan garam terdisosiasi menjadi ion-ion
komponennya dalam air. Lebih lanjut ia mengatakn bahwa beberapa elektrolit
terdisosiasi sempurna (elektrolit kuat) dan beberapa diantaranya hanya akan
terdisosiasi sebagian (elektrolit lemah). Teori asam basa berkembang pesat
sejak diungkapkannya teori ini.
Hingga kini, terdapat tiga 3 teori asam
basa yang terkenal dan digunakan secara umum dalam dunia pendidikan. Teori
tersebut adalah Teori Arrhenius, Teori Bronste-Lowry, dan Teori Lewis.
Teori Asam Basa
Arrhenius
Tahun 1886,
Arrhenius mengungkapkan teori asam basanya berdasarkan teori disosiasi
elektrolit. Arrhenius mendefinisikan asam sebagai zat yang menghasilkan ion
hidrogen (H+) dalam larutan. Sedangkan basa adalah zat yang menghasilkan ion
hdroksida (OH-)
dalam larutan. Penetralan antara asam dan basa dapat terjadi karena ion H+ dan OH- bereaksi membentuk
molekul air (H2O).
Suatu senyawa asam seperti asam klorida
(HCl) akan dinetralkan oleh natrium hidroksida (NaOH) dalam larutan amonia.
Dalam kasus tersebut, akan diperoleh larutan jernih yang dapat dikristalkan
untuk memisahkan senyawa natrium klorida (NaCl) maupun amonium klorida (NH4Cl)
sebagai produk reaksi tersebut. Dalam kasus tersebut HCl bereaksi dengan NaOH
membentuk garam NaCl dan air, dan dengan amonia (NH4OH) HCl bereaksi membentuk
NH4Cl dan air. Prinsip reaksi pada keduanya adalah sama, yaitu reaksi
netralisasi.
Jumlah ion H+ yang dapat dihasilkan oleh
satu molekul asam disebut valensi asam, sedangkan ion negatif yang terbentuk
dari asam setelah melepaskan ion H+ disebut ion sisa asam. Contoh-contoh
senyawa asam adalah:
- HF (asam
fluorida), bervalensi 1 dengan ion sisa F-
- HCl (asam
klorida), valensi 1, ion sisa Cl-
- HBr (asam
bromida), valensi 1, ion sisa Br-
- HCN (asam
sianida), valensi 1, ion sisa CN-
- H2S (asam
sulfida), valensi 2, ion sisa S2-
- HNO3 (asam
nitrat), valensi 1, ion sisa NO3-
- H2SO4
(asam sulfat), valensi 2, ion sisa Sulfat
- H3PO4
(asam fosfat), valensi 3, ion sisa fosfat
- CH3COOH
(asam asetat), valensi 1, ion sisa asetat
Basa Arrhenius adalah senyawa hidroksida
logam M(OH)x yang dalam air terurai menjadi :
M(OH)x ----->
Mx+ + xOH-
Jumlah ion OH- yang dapat dilepaskan oleh molekul basa
disebut valensi basa. Contoh beberapa senyawa basa adalah:
- NaOH
(natrium hidroksida)
- KOH
(kalium hidroksida)
- Mg(OH)2
(magnesium hidroksida)
- Ca(OH)2
(kalsium hidroksida)
- Fe(OH)3
(besi(III) hidroksida)
- Al(OH)3
(aluminium hidroksida)
Konsep pH, pOH dan
pKw
Konsep pH
Jeruk nifis dan cuka sama-sama memiliki sifat
asam, namun dengan tingkat keasaman yang berbeda. Derajat atau tingkat keasaman
larutan bergantung pada konsentrasi ion H+ dalam larutan. Semakin besar
konsentrasi ion H+ maka semakin asam larutan tersebut.
Untuk menyatakan derajat keasamannya, maka
Soren Lautiz Sorensen memperkenalkan suatu bilangan sederhana untuk menyatakan
keasaman larutan tersebut. Bilangan ini diperoleh dari hasil logaritma
konsentrasi ion H+ dalam larutan tersebut. Bilangan tersebut terkenal dengan
istilah skala pH. Harga pH berkisar antara 1-14.
pH = -log [H+]
Karena pH dan konsentrasi H+ dihubungkan
dengan tanda negatif, maka makin besar konsentrasi H+ makin kecil nilai pH. Dan
karena bilangan dasar logaritma adalah 10, maka larutan dengan nilai pH berbeda
sebesar n, maka akan mempunyai perbedaan konsentrasi ion H+ sebesar 10n.
Sebagai contoh:
[H+] = 0,01 M, maka pH
= 2
[H+] = 0,001 M, maka pH
= 3
maka dapat disimpulkan bahwa, makin besar
konsentrasi ion H+, maka makin kecil pHnya. Larutan dengan pH 1 memiliki
keasaman 10 kali lebh besar dari larutan asam dengan pH 2.
Konsep
pOH
pOH analog dengan pH yaitu suatu cara untuk
menyatkan kadar OH-
pada larutan basa.
pOH = -log [OH-]
Meskipun konsentrasi OH- dapat dinyatakan dengan pOH, tingkat
kebasaan lebih lazim dinyatkan dengan pH, yaitu dengan nilai pH lebih dari 7.
Semakin tinggi nilai pH maka semakin tinggi sifat basanya. Larutan pH 13, 10
kali lebih basa dibandingkan dengan larutan pH 12.
Konsep pKw
Hubungan antara pH dan pOH dapat diturunkan
dari persamaan kesetimbangan air (Kw).
Kw = [H+] x [OH-]
Jika kedua ruas persamaan diberi tanda
negatif logaritma, maka diperoleh persamaan:
-log Kw = -log [H+] x [OH-]
-log Kw = (-log[H+]) + (-log[OH-])
Dengan p = -log, maka:
pKw = pH + pOH
Pada suhu kamar, air memiliki harga Kw
= 1x10-14 maka nilai pH + pOH =
pKw = 14.
Pengukuran
pH
Dalam penentuan pH larutan dapat dilakukan
dengan beberapa cara, yaitu dengan menggunakan indikator, indikator universal
maupun pH meter.
Penggunaan
Indikator
Indikator yang digunakan untuk mengukur pH
larutan adalah senyawa asam organik lemah yang dapat berubah warna pada rentang
pH tertentu. Harga pH suatu larutan dapat diperkirakan dengan menggunakan
trayek pH indikator. Suatu indikator mempunyai trayek perubahan warna yang
berbeda-beda. Dengan demikian dari uji larutan dengan beberapa indikator akan
diperoleh daerah irisan pH larutan. Contoh suatu larutan dengan brom timol biru
(pH 6,0-7,6) berwarna biru, dengan fenoftalein (8,3-10,0) tidak berwarna, maka
larutan tersebut mempunyai pH antara 7,6-8,3. Hal ini disebabkan jika brom
timol biru berwarna biru, berarti pH larutan lebih besar dari 7,6 dan jika
dengan fenoftalein tidak berwarna berarti pH larutan kurang dari 8,3.
Tabel trayek perubahan warna beberapa
indikator pH dapat dilihat pada tabel ini.
Penggunaan
Indikator Universal
pH suatu larutan juga dapat ditentukan
dengan indikator universal, yaitu campuran beberapa indikator yang dapat
menunjukan pH suatu larutan dari perubahan warnanya.
Tabel perubahan warna indikator universal
dan beberapa contoh bahan makanan yang mewakili masing-masing pH dapat dilihat
pada tabel ini.
Penggunaan pH
meter
pH meter adalah alat pengukur pH dengan ketelitian
yang lebih tinggi dibanding indikator.
Teori Asam
Basa Bronsted-Lowry
Hidrogen klorida (HCl) dalam air bersifat
asam dengan melepaskan ion H+, namun dalam benzena HCl tidak dapat melepaskan
ion H+. Hal ini disebabkan airlah yang menarik atau mengikat ion H+ (proton)
dari HCl. Sedangkan benzena, tidak memiliki kecenderungan untuk menarik ion H+,
sehingga HCl tak terdisosiasi dalam benzena. Jadi dalam air, HCl terionisasi
membentuk ion H3O+.
Menurut teori Bronsted-Lowry, asam adalah
zat yang dapat menghasilkan dan mendonorkan proton (H+) pada zat lain,
sedangkan basa adalah zat yang dapat menerima proton dari zat lain. Menurut
teori ini, setiap zat dapat berperan sebagai asam maupun basa. Bila zat
tertentu lebih mudah melepas proton, maka zat ini akan berperan sebagai asam,
dan zat lainnya akan berperan sebagai basa, dan demikin pula sebaliknya. Dalam
suatu larutan asam, air berepran sebagai basa.
HCl
+ H2O
-> Cl-
+ H3O+
Asam
basa
basa
konjugat
asam konjugat
Dalam reaksi diatas HCl dan Cl- adalah
pasangan asam-basa konjugasi yang dapat bersifat reversibel, dan dalam reaksi
tersebut air berperan sebagai basa. Namun berbeda halnya, dengan saat air
bereaksi dengan ion CO32-,
ion tersebut berperan sebagai basa, sehingga air berperan sebagai asam.
H2O
+ CO32-
-> OH-
+ HCO3-
Asam
basa
basa
konjugat
asam konjugat
Zat seperti air yang dapat berperan sebagai
asam atau basa disebut sebagai zat amfoter. Air adalah zat amfoter yang khas.
Reaksi antara dua molekul air akan menghasilkan ion hidronium dan ion
hidroksida.
H2O
+ H2O
-> OH-
+ H3O+
Asam
basa basa
konjugat asam konjugat
Teori Asam Basa Bronsted-Lowry
Teori asam basa Bronsted-Lowry ini dinyakan oleh kimiawan Denmark Johannes
Nicolaus Bronsted dan kimiawan Inggris Thomas Martin Lowry pada tahun 1923.
Teori mereka mengungkapkan konsep asam dan basa dalam lingkup yang lebih luas
dari teori asam basa Arrhenius. Suatu zat dapat dikatakan asam jika zat
tersebut mampu menghasilkan dan mendonorkan proton (H+) pada zat lain,
sedangkan basa adalah zat yang dapat menerima proton (H+) dari zat lain.
Berdasarkan teori ini, maka reaksi antara HCl dan NH3 dapat ditulis dengan
persamaan berikut:
HCl
+ NH3
-> NH4Cl
Dibandingkan dengan toeri asam basa Arrhenius,
teori Bronsted-Lowry memiliki fleksibilitas yang lebih tinggi dalam
aplikasinya. Teori Bronsted-Lowry tidak hanya dapat diterapkan pada pelarut
air, tapi juga pada pelarut-pelarut lain yang mengandung hidrogen, bahkan dapat
juga diterapkan pada kondisi tanpa pelarut. Teori ini juga bermanfaat untuk
menyatakan asam dan basa bukan hanya pada molekul, namun dapat juga pada anion
atau kation.
Teori Asam Basa Lewis
Menurut Lewis suatu zat dapat dikatakan asam jika zat tersebut dapat menerima
pasangan elektron bebas dan sebaliknya suatu zat dinyatakan basa jika zat
tersebut dapat menyumbangkan sepasang elektron bebas. Konsep asam dan basa ini
sangat membantu menjelaskan reaksi senyawa organik dan reaksi pembentukan
senyawa kompleks yang tidak melibatkan ion hidrogen maupun proton. Sebagai
contoh reaksi yang terjadi pada NH3 dan BF3 yang dapat ditulus dengan
persamaan:
NH3
+ BF3
-> F3B-NH3.
Pada reaksi diatas NH3 dapat dikatakan basa
karena memiliki sepasang elektron bebas, sedangkan BF3 kekurangan elektron,
sehingga kedua senyawa tersebut saling bereaksi melalui sepasang elektron bebas
yang digunakan bersama.
Berdasarkan kemampuan mengionnya, baik asam
maupun basa dapat dibedakan kekuatannya, yaitu asam kuat dan asam lemah, serta
basa kuat dan basa lemah.
TITRASI ASAM BASA
Titrasi merupakan salah satu metode analisis kuantitatif untuk mengetahui kadar
zat dalam suatu larutan (sampel) dengan suatu larutan standar yang telah
diketahui konsentrasinya. Suatu zat yang akan ditentukan kadarnya disebut
titran sedangkan larutan standar yang telah diketahui kadarnya disebut titer
atau pentiter.
Titrasi biasanya dibedakan berdasarkan jenis reaksi yang terlibat dalam proses
titrasi. Titrasi yang melibatkan senyawa asam-basa melalui reaksi netralisasi,
maka disebut titrasi asam basa yang dapat berupa asidimetri (titer berupa
senyawa asam) ataupun alkalimetri (titer berupa senyawa basa). Dalam sebuah
titrasi pentiter ditambahkan tetes demi tetes hingga tercapai keadaan ekuivalen
(dimana titran tepat habis bereaksi dengan titer), kondisi tersebut disebut
titik ekivalen. Dalam sebuah titrasi, selalu diperlukan indikator yang akan
berperan dalam menentukan kapan suatu titrasi harus dihentikan, yaitu pada
titik akhir titrasinya. Titik akhir titrasi seharusnya mendekati titik
ekivalennya, namun umumnya akan melebihi titik ekivalen tersebut.
Dalam menguji apakah suatu reaksi asam basa layak atau tidak untuk digunakan
dalam titrasi, maka terlebih dahulu dibuat kurva titrasi. Kurva titrasi terdiri
dari ploh pH atau pOH terhadap mililiter (ml) titer. Kurva akan bermanfaat
untuk menilai kelayakan titrasi dan dalam pemilihan indikator yang tepat.