pH Lar ut an Asam-Basa
1 6 7
B. Konstanta Ionisasi Asam dan Basa
Asam dan basa ada yang bersifat kuat dan lemah. Asam dan basa kuat dalam air seluruh molekulnya terurai menjadi ion-ionnya, sedangkan asam dan basa
lemah hanya sebagian kecil molekulnya terurai menjadi ion-ionnya. Berdasarkan banyaknya asam atau basa yang terionisasi didapat harga derajat ionisasi asam
atau basa.
Derajat ionisasi E adalah harga perbandingan antara jumlah molekul zat
yang terionisasi dengan jumlah molekul zat mula-mula. Nilai derajat ionisasi E
dapat ditentukan dengan persamaan berikut. E
=
Jumlah mol asam terionisasi Jumlah mol asam mula - mula
atau E
=
Jumlah mol basa terionisasi Jumlah mol basa mula - mula
Nilai derajat ionisasi memiliki rentang antara 0 – 100 atau bernilai antara 0 hingga 1. Asam kuat dan basa kuat terionisasi sempurna dalam larutannya
sehingga mempunyai derajat ionisasi, E = 1. Asam lemah dan basa lemah hanya
terionisasi sebagian kecil dalam larutannya sehingga mempunyai derajat ionisasi E 1.
Penguraian asam lemah atau basa lemah menjadi ion-ionnya membentuk reaksi kesetimbangan dan memiliki suatu konstanta ionisasi asam dan basa atau
ditulis K
a
dan K
b
.
1 . Konstanta Ionisasi Air
Air murni hampir tidak menghantarkan arus listrik, hanya alat pengukuran yang sangat peka yang dapat menunjukkan bahwa air murni memiliki daya hantar
listrik yang sangat kecil. Artinya hanya sebagian kecil molekul-molekul air dapat terionisasi menjadi ion H
+
dan ion OH
–
. Persamaan ionisasi air dapat ditulis: H
2
O l
H
+
aq + OH
–
aq Harga tetapan kesetimbangan air adalah:
K =
[ ][
] [
]
–
H OH
H O
2
K.[H
2
O] = [H
+
] [OH
–
] Konsentrasi H
2
O yang terionisasi menjadi H
+
dan OH
–
sangat kecil dibandingkan dengan [H
2
O] mula-mula, sehingga [H
2
O] dapat dianggap tetap, maka harga
K[H
2
O] juga tetap, yang disebut konstanta kesetimbangan ionisasi air
atau ditulis K
w
. K
w
= [H
+
] [OH
–
]
1 6 8
Kimia Kelas XI SM A dan M A
Pada suhu 25 rC, K
w
yang didapat dari percobaan adalah 1,0
x
10
–14
. Harga K
w
ini bergantung pada suhu, tetapi untuk percobaan yang suhunya tidak terlalu menyimpang jauh dari 25
rC, harga itu dapat dianggap tetap. K
w
= [H
+
] [OH
–
] = 10
–14
maka [H
+
] dalam air = 10
–7
M dan [OH
–
] dalam air = 10
–7
M
2 . Ionisasi Asam Kuat dan Basa Kuat
Asam kuat dan basa kuat adalah senyawa yang dalam air mengalami ionisasi sempurna, hampir semua molekulnya terionisasi membentuk ion-ion. Reaksinya
merupakan reaksi satu arah bukan reaksi kesetimbangan. Untuk menghitung [H
+
] atau [OH
–
] dapat digunakan perhitungan kimia dengan melihat reaksi ionisasinya. Perhatikan contoh soal berikut.
Cont oh Soal
1. Berapa konsentrasi H
+
dan OH
–
dalam 500 mL larutan HCl 0,1 M? Penyelesaian:
Reaksi ionisasi HCl
aq p H
+
aq + Cl
–
aq Perbandingan koefisien
1 1
1 [H
+
] =
1 1
x
0,1 M = 0,1 M Konsentrasi OH
–
dalam HCl 0,1 M adalah [H
+
] [OH
–
] = 10
–14
M 0,1 [OH
–
] = 10
–14
M [OH
–
] = 10
10
14 1
= 10
–13
M. Jadi, [H
+
] = 0,1 M dan [OH
–
] = 10
–13
M. 2.
Berapa konsentrasi H
+
dan SO
4 2–
dalam 500 mL larutan H
2
SO
4
0,2 M? Penyelesaian:
Reaksi ionisasi H
2
SO
4
aq p 2 H
+
aq +
SO
4 2–
aq Konsentrasi awal
0,2 M Perbandingan koefisien
1 :
2 :
1 maka
[H
+
] =
2 1
x
0,2 M = 0,4 M [SO
4 2–
] = 1
1
x
0,2 M = 0,2 M Jadi, [H
+
] = 0,4 M dan [SO
4 2–
] = 0,2 M.
pH Lar ut an Asam-Basa
1 6 9 3.
Berapa konsentrasi OH
–
dan H
+
dalam larutan NaOH 0,2 M? Penyelesaian:
Reaksi ionisasi NaOH
aq p Na
+
aq +
OH
–
aq Konsentrasi awal
0,2 M Perbandingan koefisien
1 :
1 :
1 a.
[OH
–
] =
1 1
x 0,2 M = 0,2 M b.
[H
+
] [OH
–
] = 10
–14
M [H
+
]
x
0,2 = 10
–14
M [H
+
] = 10
2 10
14 1
. = 5.10
–14
M Jadi, [H
+
] dalam larutan NaOH 0,2 M = 5
x
10
–14
M
3 . Konstanta Ionisasi Asam Lemah
Asam lemah [HA] akan terionisasi dengan reaksi kesetimbangan. HA
aq H
+
aq + A
–
aq K
a
adalah konstanta kesetimbangan asam K
a
= [H ].[A ]
[HA]
+ –
[H
+
] = [A
–
], maka: K
a
= [
] [
] H
HA
2
[H
+
]
2
= K
a
.[HA] [H
+
] = K
a
HA .[
] [HA] =
C
a
= konsentrasi asam Maka: [H
+
] = K
a a
.C Dari rumus di atas, [H
+
] dari asam lemah dapat ditentukan asal harga K
a
-nya diketahui. Jika
K
a
besar maka [H
+
] juga besar atau asam makin kuat. Jadi, dapat disimpulkan:
Makin besar K
a
suatu asam, sifat asam makin kuat. Harga konstanta ionisasi asam dari beberapa asam lemah pada suhu 25
rC, dapat dilihat pada Tabel 7.1.
1 7 0
Kimia Kelas XI SM A dan M A
Tabel 7.1 Harga K
a
asam lemah
Nama Asam Rumus Kimia
Nilai K
a
Asam asetat CH
3
COOH 1,7 x 10
–5
Asam karbonat H
2
CO
3
4,3 x 10
–7
Asam formiat HCOOH
1,7 x 10
–4
Asam sianida HCN
4,9 x 10
–10
Asam fluorida HF
6,8 x 10
–4
Asam nitrit HNO
2
4,5 x 10
–4
Asam oksalat H
2
C
2
O
4
5,6 x 10
–2
Asam hipoklorit HClO
3,5 x 10
–8
Asam sulfit H
2
SO
3
1,3 x 10
–2
Bagaimana cara menghitung [H
+
] pada asam lemah? Perhatikan contoh soal berikut.
Cont oh Soal
1. Tentukan [H
+
] yang terdapat dalam asam formiat 0,01 M. Jika diketahui K
a
HCOOH = 1,7 x 10
–4
. Penyelesaian:
Persamaan reaksi ionisasi HCOOH HCOOH
aq H
+
aq + HCOO
–
aq [H
+
] = K C
a a
. =
1 7 10
4
, . v
0,01 =
1,30 x 10
-3
M Jadi, konsentrasi ion H
+
dalam larutan HCOOH 0,01 M adalah 1,34 x 10
–3
M. 2.
Tentukan konsentrasi ion H
+
yang terdapat dalam 250 mL larutan HCN 0,15 M jika harga
K
a
HCN = 4,9 x 10
–10
. Penyelesaian:
HCN aq
H
+
aq + CN
–
aq 0,15 M
0,15 M [H
+
] = K
C
a a
. [H
+
] = 4,9
10 .15
10
-10 -2
v v
= 8,6
x
10
-6
M Jadi, konsentrasi ion H
+
dalam larutan HCN adalah 8,6 x 10
–6
M.
Sumber: Ebbing, General Chemisry
pH Lar ut an Asam-Basa
1 7 1
Hubungan derajat ionisasi asam
E EE
EE dengan harga K
a
Suatu asam lemah HA dengan konsentrasi a molar membentuk ion H
+
dan A
–
dengan derajat ionisasi = E Secara matematis hubungan K
a
dengan E dapat
dijelaskan sebagai berikut. HA
aq H
+
aq + A
–
aq Mula-mula
a mol –
– Bereaksi
a E
Hasil reaksi a
E a
E Mol zat pada kesetimbangan
a1 – E
a E
a E
Oleh karena E sangat kecil maka pada asam lemah harga 1 – E dianggap =
1 atau sama dengan konsentrasi asam mula-mula. K
a
=
[ ][
] [
]
–
H A
HA
=
a a
E E
a v
K
a
= a
E
2
E =
K
a
a a = C
a
= konsentrasi asam mula-mula Jadi
E = K
C
a a
K
a
= C
a
. E
2
Substitusikan ke rumus [H
+
] = K
C
a a
v maka didapat [H
+
] = C .
.C
2 a
a
E [H
+
] = C
a
. E
Cont oh Soal
1. Berapa konsentrasi H
+
, HCOO
–
, dan HCOOH dalam larutan asam formiat 0,1 M, jika derajat ionisasinya 1,5.
Penyelesaian: Reaksi ionisasi
HCOOH aq
H
+
aq +
HCOO
–
aq Konsentrasi awal
0,1 M –
– Terionisasi
1,5
x
0,1 –
– 1,5 x 10
–3
Hasil reaksi 1,5.10
–3
1,5.10
–3
Konsentrasi akhir 10
–1
– 1,5.10
–3
0,0985 M 0,0015 M
0,0015 M Jadi [H
+
] = 0,0015 M [HCOO
–
] = 0,0015 M [HCOOH] = 0,0985 M
1 7 2
Kimia Kelas XI SM A dan M A
2. Derajat ionisasi asam cuka 0,1 M adalah 1. Berapa [H
+
] dan K
a
asam cuka tersebut?
Penyelesaian: [H
+
] = C
a
. E
= 0,1.0,01 = 0,001 = 10
-3
M K
a
= C
a
x E
2
= 0,1 x 0,01
2
= 10
–5
Jadi, [H
+
] = 10
–3
M dan K
a
= 10
–5
.
4 . Konstanta Ionisasi Basa Lemah
Harga konstanta ionisasi basa K
b
dapat ditentukan berdasarkan persamaan reaksi ionisasinya. Basa lemah umumnya sukar larut dalam air, satu-satunya basa
lemah yang larut baik dalam air adalah larutan NH
4
OH. Untuk menentukan konsentrasi OH
–
sama dengan cara menentukan konsentrasi H
+
, yaitu menggunakan harga K
b
. Perhatikan reaksi kesetimbangan berikut.
LOH aq
L
+
aq + OH
–
aq K
b
= [
][ ]
[ ]
–
L OH
LOH Karena [OH
–
] = [L
+
] maka K
b
=
[ ]
[ ]
–
OH LOH
2
p [OH
–
]
2
= K
b
[LOH] LOH yang terurai sangat sedikit, maka [LOH] sisa = [LOH] mula-mula =
C
b
. Maka
[OH
–
] = K C
b b
. Berdasarkan rumus, makin besar
K
b
maka [OH
–
] makin besar atau sifat basa makin kuat. Jadi, dapat disimpulkan:
Makin besar K
b
, sifat basa makin kuat. Harga tetapan ionisasi basa dari beberapa basa lemah pada suhu 25
rC dapat dilihat pada Tabel 7.2.
pH Lar ut an Asam-Basa
1 7 3
Tabel 7.2 Harga K
b
basa lemah
Nama Basa Rumus Kimia
K
b
Amonia NH
3
1,8 x 10
–5
Etilamin C
2
H
5
NH
2
4,7 x 10
–4
Dimetilamin CH
3 2
NH 5,1 x 10
–4
Anilin C
6
H
5
NH
2
4,2 x 10
–10
Hidrazin N
2
H
4
1,7 x 10
–6
Piridin C
5
H
5
N 1,4 x 10
–9
Urea NH
2
CONH
2
1,5 x 10
–14
Hubungan derajat ionisasi basa
E EE
EE dengan harga K
b
Misalkan suatu basa lemah LOH dengan konsentrasi b molar, LOH akan terionisasi sebagian dengan derajat ionisasi
E membentuk L
+
dan OH
–
. [OH
–
] untuk basa lemah dapat ditentukan, yaitu dengan penurunan rumus seperti pada asam
lemah, sehingga didapat hubungan: [OH
–
] = C
b
. E
C
b
= konsentrasi awal basa
Cont oh Soal
1. Tentukan [OH
–
] yang terdapat dalam larutan amonia 0,5 M jika diketahui K
b
NH
3
= 1,8 x 10
–5
. Penyelesaian:
Dalam air NH
3
terionisasi sebagai berikut. NH
4
OH aq
NH
4 +
aq + OH
–
aq [OH
–
] = K
C
b b
. =
1 8 ,
10 0, 5
-5
v v
= 9
10
-6
v = 3
x
10
-3
Jadi konsentrasi ion OH
–
dalam larutan amonia 0,5 M adalah 3
x
10
–3
M. 2.
Suatu larutan basa lemah NH
4
OH 0,1M dalam air terionisasi 1. Tentukan : a. jumlah [OH
–
] yang terbentuk, b. harga
K
b
Sumber: Ebbing, General Chemistry
1 7 4
Kimia Kelas XI SM A dan M A
Penyelesaian: a.
[OH
–
] = C
b
. E
= 0,1.0,01
= 0,001 M
b. [OH
–
] = K C
b b
. K
b
=
[ ]
–
OH
b 2
C
= ,
, 0 001
0 1
2
= 1.10
–5
Jadi, jumlah [OH
–
] yang terbentuk = 0,001 M dan harga K
b
= 1.10
–5
.
Lat ihan 7 .2
Selesaikan soal-soal berikut 1.
Diketahui lima buah asam sebagai berikut. HA,
K
a
= 2 x 10
–3
HB, K
a
= 2 x 10
–3
HC, K
a
= 3 x 10
–2
HD, K
a
= 3 x 10
–5
HE, K
a
= 5 x 10
–5
Susunlah kelima asam di atas berdasarkan menurunnya kekuatan asam 2.
Hitung konsentrasi H
+
atau OH
–
pada larutan berikut. a.
100 mL HNO
3
0,05 M b.
0,005 mol H
2
SO
4
dalam 250 mL larutan. c.
0,01 mL MgOH
2
dalam 500 mL. d.
2 gram NaOH dalam 100 mL larutan. 3.
Hitung E dari asam lemah HClO 1M yang mempunyai harga K
a
= 3,5
x
10
–8
. 4.
3,4 gram NH
3
M
r
= 17 dilarutkan ke dalam air sehingga volum larutan menjadi 2 liter, jika
K
b
NH
3
aq = 1,8
x
10
–5
tentukan : a.
konsentrasi NH
4 +
dan OH
–
, b.
E derajat ionisasi. 5.
Dari pengukuran hantaran listrik larutan asam cuka CH
3
COOH 0,1 M diketahui derajat ionisasi molekul-molekul asam cuka 1,32.
Tentukan harga K
a
dan konsentrasi H
+
.
C. Perhitungan pH Larutan
Kategori