pH asam poliprotik dan basa poliekivalen

85 Penyelesaian. H 2 CO 3 + H 2 O ⇄ H 3 O + + HCO 3 - Misal H 2 CO 3 yang terdisosiasi adalah x mol L -1 . Maka setelah kesetimbangan terbentuk, konsentrasi zat yang ada adalah : [HCO 3 - ] = x mol L -1 [H 3 O + ] = x mol L -1 [H 2 CO 3 ] = 0,1 – x mol L -1 ≈ 0,1 mol L -1 karena 3 10 1 3 2 ≥ a CO H K C K 1 a = [ ] [ ] 2 3 2 3 CO H H + O = 1 , x 2 x = [ ] 1 3 2 CO H a K x -= 7 10 45 , 4 1 , − x x x = 10 -4 45 , 4 M Jadi [H 3 O + ] = 10 -4 45 , 4 M = [HCO 3 - ] HCO 3 - yang terbentuk terdisosiasi lebih lanjut dengan persamaan kesetimbangan sebagai berikut : HCO 3 - + H 2 O ⇄ H 3 O + + CO 3 2- dengan nilai tetapan kesetimbangan 2 a K Oleh karena kesetimbangan kedua berada bersama-sama dengan kesetimbangan yang pertama, maka kesetimbangan yang kedua ini dipengaruhi oleh zat yang telah terbentuk pada kesetimbangan pertama; dan zat yang paling berpengaruh adalah zat sejenis yaitu H 3 O + . H 3 O + dari kesetimbangan pertama, menggeser kesetimbangan kedua kekiri sampai akhirnya terbentuk kesetimbangan baru dengan harga 2 a K yang tetap pada suhu tetap. Bila setelah kesetimbangan kedua terbentuk, dimisalkan HCO 3 - yang terdisosiasi = y mol L -1 , maka zat yang ada setelah kesetimbangan kedua ini terbentuk adalah [H 3 O + ] = 10 -4 45 , 4 + y mol L -1 [CO 3 2- ] = y mol L -1 [HCO 3 - ] = 10 -4 45 , 4 - y mol L -1 86 Oleh karena 3 2 3 10 ≥ − a K HCO C , maka [H 3 O + ] = [HCO 3 - ] = 10 -4 45 , 4 mol L -1 . 2 a K = [ ][ ] [ ] − − + 3 2 3 3 H HCO CO O 4,69 x 10 -11 = 45 , 4 10 45 , 4 10 4 -4 − y y = 4,69 x 10 -11 Jadi susunan zat yang ada dalam larutan adalah : [H 3 O + ] = 10 -4 45 , 4 mol L -1 [CO 3 2- ] = 4,69 x 10 -11 mol L -1 = 2 a K [HCO 3 - ] = 10 -4 45 , 4 mol L -1 [H 2 CO 3 ] = 0,1 M pH larutan = -log 10 -4 45 , 4 . Jadi pH ternyata hanya ditentukan oleh {H 3 O + ] dari disosiasi tahap 1 1 a K . Bila 1 a K 2 a K umumnya 100 2 1 ≥ a K a K , maka disosiasi pertama merupakan sumber utama H 3 O + dan pengaruh konsentrasi H 3 O + pada disosiasi kedua diabaikan. Jadi perhitungan pH selanjutnya hanya melihat disosiasi pertama yaitu sama dengan menghitung pH asam lemah monoprotik. Contoh 9. Hitung pH larutan asam karbonat 0,01M. Tetapan disosiasi asam karbonat adalah : 1 a K = 4,45 x 10 -7 dan 2 a K = 4,69 x 10 -11 . Penyelesaian. 2 1 a K a K = 11 7 10 69 , 4 10 45 , 4 − − x x = 9,49 x 10 3 dan ini 10 2 , sehingga disosiasi pertama yang diperhatikan, yaitu : H 2 CO 3 + H 2 O ⇄ H 3 O + + HCO 3 - 1 a K = [ ] [ ] [ ] 3 2 3 3 CO H HCO O H − + = [ ] 3 2 2 3 CO H C O H + 87 [H 3 O + ] = 0,01 x 10 x 45 , 4 -7 = 6,67 x 10 -5 M. pH = 4,176

2. pH larutan yang mengandung H

2 A + HA - H 2 A dalam campuran itu akan terdisosiasi 2 tahap. Sehingga sama dengan kasus 1, bila 2 1 a K a K ≥ 100, maka disosiasi yang kedua dapat diabaikan dan perhitungan pH selanjutnya adalah menghitung pH campuran yang terdiri dari asam lemah dan basa konjugatnya yaitu merupakan larutan bufer. Contoh 10. Hitung pH larutan yang mengandung asam o-ptalat 0,10 M dan kalium hidrogen o-ptalat 0,250 M. Untuk asam o-ptalat C 6 H 4 CO 2 H 2 , 1 a K = 1,12 x 10 -3 dan 2 a K = 3,91 x 10 -6 . Penyelesaian. 2 1 a K a K = 6 3 10 91 , 3 10 12 , 1 − − x x = 228 dan ini 10 2 , maka disosiasi pertama yang diperhatikan. C 6 H 4 CO 2 H 2 + H 2 O ⇄ HC 6 H 4 CO 2 2 - + H 3 O + 1 a K = [ ][ ] [ ] 2 2 4 6 3 2 2 4 6 H CO H C O H CO H HC + − = [ ] 2 2 4 6 2 2 4 6 3 H CO H C C K CO H HC C O H + 1,12 x 10 -3 = [ ] 10 , 250 , 3 + O H [H 3 O + ] = 4,48 x 10 -4 M. pH = 3,349. 3 pH larutan yang hanya mengandung HA - Zat HA - dapat berkelakuan sebagai asam karena mempunyai proton H + dan dapat pula berkelakuan sebagai basa karena dapat menerima H + menjadi H 2 A. Zat seperti HA - yang dapat berkelakuan sebagai asam dan basa bila dilarutkan dalam air disebut zat amfiprotik. Zat seperti itu misalnya NaHA dan bila dilarutkan ke dalam air, garam itu akan terdisosiasi sempurna menjadi Na + dan HA - . HA - inilah yang menentukan sifat larutan yang bersifat amfiprotik Disosiasi HA - sebagai asam adalah : 88 HA - + H 2 O ⇄ H 3 O + + A 2- 2 a K = [ ][ ] [ ] − − + HA A O H 2 3 Disosiasi HA - sebagai basa adalah : HA - + H 2 O ⇄ H 2 A + OH - 2 b K = [ ] [ ] [ ] − − HA A H OH 2 Apakah larutan bersifat asam atau basa ditentukan oleh harga tetapan kesetimbangan kedua reaksi tersebut. Jika 2 a K lebih besar dari pada 2 b K maka larutan akan bersifat asam dan bila 2 a K lebih kecil daripada 2 b K maka larutan bersifat basa. Kesetimbangan pada kedua reaksi di atas terjadi secara bersamaan dan keduanya harus dipertimbangkan untuk menghitung konsentrasi H 3 O + . Untuk menghitung H 3 O + dari 2 a K konsentrasi A 2- harus dapat ditentukan terlebih dahulu. Selanjutnya dari kedua reaksi kesetimbangan tersebut, dapat diketahui bahwa H 3 O + yang terbentuk pada kesetimbangan HA - sebagai asam, akan berkurang karena bereaksi dengan OH - yang terbentuk pada reaksi kesetimbangan HA - sebagai basa. Jadi : [H 3 O + ] dalam larutan = [H 3 O + ] yang terbentuk - [H 3 O + ] yang hilang. Tetapi, [H 3 O + ] yang terbentuk = [A 2- ] dan [H 3 O + ] yang hilang = [OH - ] terbentuk = [H 2 A] Jadi, [H 3 O + ] dalam larutan = [A 2- ] - [H 2 A] atau [A 2- ] = [H 3 O + ] + [H 2 A] [H 2 A] dapat diganti dengan [H 2 A] dari harga 1 a K untuk kesetimbangan : H 2 A + H 2 O ⇄ H 3 O + + HA - [A 2- ] = H 3 O + ] + [ ][ ] 1 3 a K HA O H − + Harga [A 2- ] ini disubstitusikan ke dalam 2 a K untuk kesetimbangan : HA - + H 2 O ⇄ H 3 O + + A 2- 2 a K = [ ] [ ] [ ][ ] [ ] − − + + +         + HA a K HA O H O H O H 1 3 3 3 Dengan mengatur persamaan ini diperoleh, 89 [H 3 O + ] 2 = [ ] [ ] − − + HA a K HA a K a K 1 2 1 Biasanya 1 a K [HA - ], sehingga 1 a K dapat diabaikan terhadap [HA - ] yaitu 1 a K + [HA - ] = [HA - ], dan persaman di atas menjadi : [H 3 O + ] 2 = [ ] [ ] − − HA HA a K a K 2 1 [H 3 O + ] 2 = 1 a K 2 a K [H 3 O + ] = 2 1 a K a K -log [H 3 O + ] = - ½ log 1 a K 2 a K pH = 2 2 1 a pK a pK + Asam triprotik seperti H 3 PO 4 dapat memberikan dua zat amfiprotik yaitu H 2 PO 4 - dan HPO 4 2- . Masalah yang muncul untuk menghitung pH dari salah satu zat amfiprotik ini adalah pada memilih K a yang benar untuk dipakai dalam rumus [H 3 O + ] = 2 1 a K a K . Untuk mengatasi hal ini hukum yang dapat digunakan, yang dapat menghasilakan rumus sperti tersebut di atas adalah, gunakan K a untuk zatnya sendiri dan K a asam konjugatnya. Dengan demikian pH larutan amfiprotik H 2 PO 4 - dapat ditentukan sebagai berikut : K a dari H 3 PO 4 - dapat diketahui dari kesetimbangan berikut : H 2 PO 4 - + H 2 O ⇄ HPO 4 2- + H 3 O + . Berdasarkan kesetimbangan ini dapat diketahui bahwa zatnya sendiri H 2 PO 4 - tetapan kesetimbangannya adalah 2 a K Untuk menentukan K a asam konjugat dari H 2 PO 4 - , maka ditentukan asam konjugat dari H 2 PO 4 - dengan menuliskan reaksi kesetimbangan H 2 PO 4 - sebagai basa. H 2 PO 4 - + H 2 O ⇄ H 3 PO 4 + OH - . H 3 PO 4 adalah asam konjugat dari H 2 PO 4 - dengan kesetimbangan : H 3 PO 4 + H 2 O ⇄ H 2 PO 4 - + H 3 O + , dan kesetimbangan ini mempunyai tetapan kesetimbangan 1 a K 90 Jadi pH larutan H 2 PO 4 - adalah : [H 3 O + ] = 2 1 a K a K ., bukan [H 3 O + ] = 3 1 a K a K .atau [H 3 O + ] = 3 2 a K a K . Dengan cara sama coba Saudara buktikan bahwa [H 3 O + ] larutan HPO 4 2- adalah : [H 3 O + ] = 3 2 a K a K . Contoh 11. Hitung pH larutan 0,0250 M Natrium bikarbonat. Untuk H 2 CO 3 1 a K = 4,45 x 10 -7 , dan 2 a K = 4,69 x 10 -11 . Penyelesaian. NaHCO 3 terdisosiasi sempurna menghasilkan Na + dan HCO 3 - . HCO 3 - merupakan zat amfiprotik. Oleh karena 1 a K C HA - , maka persamaan [H 3 O + ] = 2 1 a K a K ., valid. [H 3 O + ] = 10 69 , 4 10 45 , 4 11 7 − − x x = 4,57 x 10 -9 M pH = 8,340. Campuran ekimolar dari asam lemah dan basa lemah yang tidak merupakan konjugat satu sama lain jadi bukan larutan buffer merupakan pula zat amfiprotik seperti HA - dan pH campuran seperti itu dapat dihitung menggunakan persamaan berikut, yang sama dengan persamaan [H 3 O + ] = 2 1 a K a K ., yaitu [H 3 O + ] = 2 1 a K a K ., dimana, 1 a K merupakan tetapan disosiasi asam lemah dan 2 a K merupakan tetapan disosiasi asam konyugasi dari basa lemah. Campuran seperti itu misalnya campuran antara H 2 A dan K 2 A kedua zat ini tidak merupakan pasangan konjugat, atau bukan nmerupakan campuran bufer. Rumus [H 3 O + ] campuran ini dapat diturunkan sebagaimana penurunan [H 3 O + ] asam poliprotik. H 2 A + H 2 O ⇄ H 3 O + + HA - 1 a K = [ ][ ] [ ] A H HA O H 2 3 − + K 2 A akan terdisosiasi sempurna menghasilkan 2K + dan A 2- . A 2- inilah yang merupakan basa lemah. A 2- + H 2 O ⇄ HA - + OH - basa asam konjugat 91 Jadi tetapan disosiasi dari HA - yang merupakan asam konyugsi dari basa lemah A 2- adalah HA - + H 2 O ⇄ H 3 O + + A 2- 2 a K = [ ][ ] [ ] − − + HA A O H 2 3 Jadi [H 3 O + ] campuran H 2 A dan K 2 A = 2 1 a K a K Berdasarkan pengertian di atas, coba Saudara pikirkan apakah campuran larutan Na 2 HPO 4 dengan larutan H 3 PO 4 merupakan campuran bufer ?. Kalau bukan jelaskan mengapa dan bagaimana rumusan pH campuran larutan itu ?.

4. pH larutan yang mengandung HA

- dan A 2- . Larutan ini mirip dengan pH larutan yang mengandung H 2 A + HA - pada 2. Pada campuran HA - dan A 2- ini, A 2- merupakan basa divalen. Jadi A 2- dalam air akan terdisosiasi 2 tahap dengan harga tetapan kesetimbangan disosiasinya 1 b K dan 2 b K . Jika 2 1 b K b K ≥ 100, maka disosiasi yang tahap kedua dapat diabaikan dan permasalahan yang ada adalah menghitung pH campuran basa lemah A 2- dan asam konjugatnya HA - , yang merupakan pH bufer.

5. pH larutan yang mengandung A

2- . Larutan ini sama dengan pH larutan yang mengandung H 2 A pada a. A 2- merupakan basa divalen dan akan terdisosiasi 2 tahap. [OH - ] dihitung dari harga 1 b K , bila 2 1 b K b K ≥ 100. Contoh 12. Hitung pH larutan 0,150 M Na-oksalat. Untuk H 2 C 2 O 4 , 1 a K = 5,6 x 10 -2 dan 2 a K = 5,42 x 10 -5. Penyelesaian. Na 2 C 2 O 4 terdisosiasi sempurna menghasilkan 2Na + dan C 2 O 4 2- . C 2 O 4 2- ini merupakan basa diekivalen yang akan terdisosiasi dalam 2 tahap dengan tetapan disosiasi 1 b K dan 2 b K . Pada soal yang diketahui adalah harga 1 a K dan 2 a K ; tetapi harga 1 b K dan 2 b K . dapat dihitung dengan hubungan K a x K b = K W . 92 C 2 O 4 2- + H 2 O ⇄ HC 2 O 4 - + OH - 1 b K = 2 a K K W = 5 14 10 42 , 5 10 − − x = 1,85 x 10 -10 HC 2 O 4 - + H 2 O ⇄ H 2 C 2 O 4 + OH - 2 b K = 1 a K K W = 2 14 10 60 , 5 10 − − x = 1,79 x 10 -13 . 2 1 b K b K ≥ 100. Jadi dalam menghitung pH yang dipertimbangkan hanya disosiasi pertama, dengan tetapan kesetimbangan 1 b K 1 b K = [ ][ ] [ ] − − − 2 4 2 4 2 O C OH O HC 1,85 x 10 -10 = [ ] 4 2 2 2 O C Na C OH − [OH - ] = 5,27 x 10 -6 pOH = 5,28 pH = 14 - 5,28 = 8,72 Soal itu dapat diselesaikan dengan menggunakan rumus yang dapat diturunkan dari sbb. [OH - ] 2 = 4 2 2 O C Na C 1 b K [OH - ] = 1 4 2 2 b K C O C Na -log [OH - ] = -½log 4 2 2 O C Na C - ½ log 1 b K pOH = pK b - ½log 4 2 2 O C Na C pH = pK W – pK b + ½log 4 2 2 O C Na C Diskusikanlah soal berikut ini. 1. a. Jelaskan cara membuat larutan Na 2 CO 3 0,1M sebanyak 25 mL dari kristalnya Mr Na 2 CO 3 = 106 93 b. Tuliskanlah dua 2 tahapan disosiasi larutan Na 2 CO 2 pada 1a itu dengan teori asam-basa Bronsted-Lowry. Untuk H 2 CO 3 1 a K = 4,45 x 10 -7 dan 2 a K = 4,69 x 10 -11 . c. Berapakah pH larutan Na 2 CO 3 pada 1a berdasarkan atas kondisinya pada 1b ? d. Larutan Na 2 CO 3 tersebut di atas, ditambahkan 10 mL HCL 0,1M. Tuliskan reaksinya perhatikan perbedaan 1 a K dengan 2 a K , untuk mengetahui tahap reaksi yang digunakan dan hitung konsentrasi zat yang ada setelah reaksi, serta berapakan pH larutan yang terjadi. e. Larutan Na 2 CO 3 tersebut di atas, ditambahkan 25 mL HCL 0,1M. Tuliskan reaksinya perhatikan perbedaan 1 a K dengan 2 a K , untuk mengetahui tahap reaksi yang digunakan dan hitung konsentrasi zat yang ada setelah reaksi, serta berapakan pH larutan yang terjadi. f. Berapakah pH larutan yang terjadi apabila larutan Na 2 CO 3 tersebut di atas ditambahkan 30 mL HCl 0,1M ?. Perhitungan pH larutan ini sangat diperlukan untuk membut kurve titrasi aluran antara pH larutan dengan volum zat penitrasi pada titrasi asam-basa. Kurve ini sangat diperlukan untuk menetukan indikator yang digunakan dalam titrasi. Soal berikut menyangkut pembuatan kurve titrasi asam-basa. 2. Akan dibuat kurva titrasi pada titrasi 25 mL 0,0920 M HCl dengan 0,100 M NaOH. Untuk menyelesaikan masalah ini, harus dapat memperkirakan pH komposisi larutan pada, 1. pH sebelum penambahan titran. 2. pH pada daerah sebelum titik ekivalen :. a. pH sesudah penambahan 15,0 mL NaOH. b. pH sesudah penambahan 20,0 mL NaOH. 3. pH pada daerah titik ekivalen :. 4. pH pada daerah setelah titik ekivalen. a. pH setelah penambahan 25 mL NaOH. b. pH setelah penambahan 30,0 mL NaOH. 3. Buatlah kurva titrasi 25,0 mL 0,10 M CH 3 CO 2 H dengan 0,10 M NaOH. K a untuk CH 3 CO 2 H adalah 1,76 x 10 -5 . 94 4. Buatlah kurva titrasi 20,0 mL 0,10 M asam diprotik H 2 A dengan 0,10 M NaOH. 1 a K untuk H 2 A adalah 1,00 x 10 -4 dan 2 a K = 1,00 x 10 -8 .

D. Rangkuman

Teori asam-basa terdahulu seperti teori asam-basa Arrhenius mempunyai banyak kelemahan. Teori itu tidak dapat menerangkan sifat zat yang tidak mengandung hidrogen ataupun ion hidroksida di dalam rumusnya seperti Na 2 CO 3 , NH 4 Cl, NaCl. Disamping itu untuk larutan yng sangat encer seperti larutan HCl 10 -10 M akan sulit ditentukan keasamannya bila hanya melihat zat terlarut. Dengan hanya melihat zat terlarut keasamannya sangat tidak logis. Permasalahan ini diatasi oleh teori asam basa Bronsted- Lowry. Menurut Bronsted-Lowry, asam adalah zat yang mampu menyumbangkan donating proton dalam reaksinya. Basa adalah zat yang mampu menerima accepting proton dalam reaksinya. Konsep Bronsten-Lowry tentang sifat asam-basa telah terbukti sangat cocok jika menggunakan pelarut air dan pelarut yang suka air water-like = protophilic. Konsep ini menyertakan pelarut dalam persamaan reaksinya. Dengan konsep asam-basa ini, maka sifat larutan Na 2 CO 3 dapat ditentukan. Penentuannya sebagai berikutini. Larutan Na 2 CO 3 selalu berada sebagai ion-ionnya yaitu Na + dan CO 3 2- . Dari ion-ion itu yang menentukan keasaman larutan adalah CO 3 2- karena ion itulan yang dapat menerima protan H + dari pelarut H 2 O. Jadi larutan Na 2 CO 3 bersifat basa. Sifat laruan NaCl dengan konsep asam-basa Bronsted-Lowrysebagai berikut ini. Pada larutan NaCl penentu sifat larutan adalah Cl - , namun Cl - tidak bisa menerima H + karena HCl yang terbentuk akan kembali menghasilkan H + dengan sempurna. Jadi dalam larutan NaCl jumlah ion H + dan OH - yang berasal dari air yang menentukan sifat larutan dan jumlah ion itu sama sehingga sifat larautn NaCL netral. Konsep asam-bassa Bronsted-Lowry memunculkan konsep-konsep yang logis, seperti konsep asam monoprotik, aam poliloprotik, basa monoekivalen, basa poliekivalen, , amfiprotik, hubungan K a x K b = K w . Berdasar hubungan ini dapat diketahui perbedaan kekuatan antara asam dengan basa konyugasinya. Bufer tidak lagi merupakan campuran asam lemah atau basa lemah dengan garamnya tetapi campuran asam dengan basa konyugasinya. Perhitungan keasaman tidak diperlukan rumus-rumus tetapi dihitung logis dari konsep kesetimbangan dan tetapan kesetimbangannya K zat yang ada dalam larutan. 95

E. Soal latihan.

01. Tuliskan rumus basa konjugat dari setiap asam berikut. a. H 2 CO 3 b. HCO 3 - c. NH 4 + . d. H 2 O 02. Tuliskan rumus asam konjugat dari setiap basa berikut. a. CN - B. H 2 PO 4 - c. HPO 4 2- d. SO 3 2- 03. Hitung pH larutan dalam air setiap zat-zat berikut a. 2,17 x 10 -3 M HCl b. 0,10 M NaHSO 4 1 a K H 2 SO 4 = - ; 2 a K = 1 x 10 -2 c. 0,150 M HNO 2 K a HNO 2 = 17,1 x 10 -4 d. 7,50 x 10 -2 M NaOH e. 0,050 M NH 3 K b NH 3 aq = 1,75 x 10 -5 f. 0,050 M CaCN 2 K a HCN = 6,2 x 10 -10 g. 2,50 x 10 -3 M CH 3 CO 2 Na K a CH 3 CO 2 H = 1,76 x 10 -5 04. Hitung pH larutan yang terjadi bila 20,0 mL HCl 0,125 M dicampur dengan 25,0 mL setiap larutan berikut : a. 0,05 M BaOH 2 b. 0,120 M NH 3 c. 0,080 M Na 2 CO 3 1 a K H 2 CO 3 = 4,45 x 10 -7 ; 2 a K = 4,69 x 10 -11 d. 0,20 M HClO 4 e. 0,080 M NaCl f. air. 05. Hitung pH larutan buffer berikut. a. 0,10 M CH 3 CO 2 H + 0,10 M CH 3 CO 2 2 Ca. K a CH 3 CO 2 H = 1,76 x 10 -5 b. 0,050 M KH 2 PO 4 + 0,250 M Na 2 HPO 4 1 a K H 3 PO 4 = 7,11 x 10 -3 ; 2 a K = 6,32 x 10 - 8 ; 3 a K = 4,5 x 10 -13 . c. 0,250 M NH 3 + 0,150 M NH 4 Cl. K b NH 3 aq = 1,75 x 10 -5 06. Berapakah berat dari penyusun pertama campuran buffer harus dicampur dengan 10 mL 5M penyusun kedua untuk membuat campuran buffer berikut. a. NaHCO 3 + Na 2 CO 3 pada pH 10,0 b. HCO 2 H + HCO 2 Na pada pH 4,30 K a HCO 2 H = 1,80 x 10 -4 c. CHCl 2 CO 2 H asam dikloroasetat + CHCl 2 CO 2 Na pada pH 2,20 K a CHCl 2 CO 2 H = 5,0 x 10 -2