Larutan Asam dan Larutan Basa

Larutan asam adalah larutan yang memiliki rasa masam dan memiliki pH di bawah 7. Larutan ini mengandung ion hidrogen [H⁺] dalam jumlah yang lebih besar daripada ion hidroksida [OH^–]. Contoh larutan asam antara lain cuka, jeruk nipis, dan asam lambung.

Larutan basa adalah larutan yang memiliki rasa pahit dan memiliki pH di atas 7. Larutan ini mengandung ion hidroksida [OH^–] dalam jumlah yang lebih besar daripada ion hidrogen [H⁺]. Contoh larutan basa antara lain sabun, soda kue, dan air liur.

Dalam kehidupan sehari-hari, kita sering mencicipi makanan yang rasanya masam, misalnya di rumah, kita pernah mencicipi larutan cuka dapur atau buah-buahan muda, seperti mangga muda dan jeruk nipis.

Buah-buahan muda dan cuka dapur mempunyai rasa masam karena di dalamnya terkandung asam-asam nabati, seperti asam sitrat.

Pernahkah kalian mencicipi kapur sirih yang sering dikonsumsi oleh orang-orang tua kita sewaktu nginang atau makan sirih? Bagaimanakah rasanya? Kalian akan mengatakan rasanya pahit. Rasa pahit kapur karena adanya senyawa basa yang terkandung di dalamnya.

Cara menentukan adanya asam atau basa dalam suatu zat yang belum pernah dikonsumsi tidak boleh dengan cara mencicipi, melainkan dengan cara menguji larutan zat tersebut dengan zat penunjuk atau indikator. Zat ini dapat berubah warna bila lingkungannya berubah sifat.

Beberapa indikator yang sering digunakan dalam laboratorium kimia, di antaranya kertas lakmus merah dan biru, fenolftalein, metil merah, metil jingga, bromtimol biru, dan indikator universal.

Beberapa tumbuhan dapat digunakan sebagai indikator, misalnya daun mahkota, bunga berwarna, kunyit, wortel, dan bit.

Jika kertas lakmus merah dan biru dicelupkan berturut-turut ke dalam air suling, larutan cuka dapur, dan air kapur, maka akan terjadi perubahan warna kertas lakmus, seperti pada tabel

Berdasarkan warna kertas lakmus pada tabel di atas, air suling tidak dapat mengubah warna lakmus biru maupun lakmus merah. Zat seperti ini bersifat netral. Larutan cuka dapat mengubah lakmus biru menjadi merah, larutan seperti ini bersifat asam. Sedangkan, air kapur dapat mengubah lakmus merah menjadi biru, larutan seperti ini bersifat basa.

Dengan cara yang sama, kita dapat menguji larutan-larutan lain yang sering kita temukan, apakah larutan-larutan itu bersifat asam, basa, atau netral. Hasil pengujian dari beberapa larutan dengan kertas lakmus dapat dilihat pada tabel berikut

Berdasarkan hasil pengujian dengan kertas lakmus, sifat larutan dapat digolongan menjadi tiga, yaitu

1. larutan yang bersifat asam,
2. larutan yang bersifat basa, dan
3. larutan yang bersifat netral.

Setelah mempelajari pengujian dengan kertas lakmus, marilah kita menguji larutan dengan indikator tumbuh-tumbuhan. Kita dapat membuat ekstrak mahkota bunga berwarna merah, ungu, atau jingga dengan cara menggiling mahkota bunga berwarna tersebut dengan air suling di dalam lumpang. Ekstrak bunga yang telah kita buat dapat dipakai untuk menguji larutan, seperti indikator kertas lakmus.

Dari data tersebut dapat disimpulkan bahwa ekstrak mahkota bunga dapat bertindak sebagai indikator karena dapat berubah warna sesuai dengan lingkungannya.

Selain kertas lakmus merah dan biru, indikator asam basa yang sering digunakan di laboratorium, di antaranya fenolftalein, bromtimol biru, metil merah, metil jingga, dan indikator universal.

Perubahan warna masing-masing indikator tersebut dapat dilihat pada tabel.

Warna ion In^– tidak sama dengan warna HIn. Oleh karena itu, jika ditambah asam atau basa, warna indikator akan berubah.

Contoh:
Pada kertas lakmus, HIn berwarna merah dan In^– berwarna biru. Bila ditetesi larutan asam, reaksi akan bergeser ke arah HIn dan sebaliknya, bila ditambah larutan basa kesetimbangan akan bergerak ke arah In^–.

Senyawa Asam

Setelah kita ketahui bahwa larutan elektrolit ada yang bersifat netral, bersifat asam, dan ada yang bersifat basa, ber- dasarkan pengujian terdapat daya hantar listrik dan indikator kertas lakmus, maka akan dibahas lebih jauh tentang senyawa asam.

Larutan asam dalam air tergolong larutan elektrolit sebab molekul asam dalam air dapat mengalami ionisasi atau terurai menjadi ion-ion. Perhatikan persamaan reaksi di bawah ini!

Dalam air,
HCl(aq) → H⁺(aq) + Cl^–(aq)
H₂SO₄(aq) → 2H⁺(aq) + SO^2-(aq)
HNO₃(aq) → H⁺(aq) + NO₃^– (aq)
CH₃COOH(aq) ⇄ H⁺(aq) + CH₃COO^–(aq)
HCN(aq) ⇄ H⁺(aq) + CN^–(aq)

Dari kelima contoh reaksi ionisasi asam tersebut, ternyata semua senyawa asam akan terurai menjadi ion hidrogen atau ion H⁺, sedangkan ion negatifnya berbeda-beda. Oleh sebab itu, dapat diambil kesimpulan bahwa penyebab sifat asam adalah ion H⁺. Berdasarkan data tersebut, Arrhenius mengemukakan bahwa asam adalah suatu senyawa yang bila dilarutkan dalam air dapat melepaskan ion H⁺. Adanya ion H⁺ dalam larutan dapat mengubah warna lakmus biru menjadi merah. Jadi, ion H⁺ merupakan pembawa sifat asam.

Kekuatan Asam

Bila larutan asam klorida (HCI) dan larutan asam asetat (CH₃COOH) yang konsentrasinya sama, misalnya 0,1 M, daya hantar listriknya diperiksa dengan alat penguji elektrolit, akan terlihat larutan HCI dapat menimbulkan nyalaterang, sedangkan larutan CH₃COOH tidak dapat menimbulkan nyala pada lampu alat tersebut, hanya terbentuk gas pada masing-masing elektrodanya. Hal ini menunjukkan bahwa jumlah ion H⁺ yang ada dalam larutan HCI cukup banyak, sedangkan dalam larutan CH₃COOH jumlah ion H⁺ nya sedikit.
Jadi, HCl dalam air terionisasi seluruhnya, sedangkan CH₃COOH dalam air hanya terionisasi sebagian.

Senyawa asam yang dalam air terionisasi seluruhnya dan banyak menghasilkan ion H⁺ disebut asam kuat. Contoh asam kuat
HCI = asam klorida
HBr = asam bromida
HI = asam iodida
HNO₃ asam nitrat
H₂SO₄ = asam sulfat
HCIO₃ = asam klorat
HCIO₄ = asam perklorat

Sedangkan senyawa asam yang dalam air terionisasi sebagian disebut asam lemah.
Contoh asam lemah
HF = asam fluorida
CH₃COOH = asam asetat
HCN = asam sianida
H₂S = asam sulfida
H₃PO₄ = asam fosfat
HOCN = asam tiosianat
H₂CO₃ = asam karbonat
HCOOH = asam formiat

Berdasarkan kedua pengertian asam kuat dan asam lemah, dapat dihubungkan dengan pengertian elektrolit kuat dan elektrolit lemah.

Tetapan lonisasi Asam Lemah

Telah diketahui bahwa asam lemah dalam air hanya terionisasi sebagian. Dengan demikian, tetapan ionisasi asam lemah (Ka) harganya sangat kecil.

Persamaan reaksi ionisasi asam lemah dapat dituliskan sebagai berikut:
HA(aq) ⇄ H⁺(aq) + A^–(aq)

Menurut hukum kesetimbangan
Ka = [H⁺][A^–] / [HA]

Dari persamaan reaksi dapat ditentukan bahwa [H⁺] = [A^–] sehingga hargaKarena molekul HA yang terion sangat kecil, maka [HA] dapat dianggap tidak mengalami perubahan, yakni sama dengan konsentrasi asam mula-mula, yaitu Ca. Dengan demikian, harga Ka menjadi

Dari persamaan tersebut, besarnya konsentrasi ion H⁺ bergantung pada harga Ka dan Ca asam lemah. Makin besar harga Ka makin besar harga [H⁺] . Ini berarti makin kuat sifat asamnya. Kekuatan asam dapat juga ditentukan oleh derajat ionisasi (α) asamnya. Makin besar harga (a) makin kuat keasamannya. Berdasarkan hukum kese- timbangan, besarnya harga ∝ ditentukan oleh persamaan

Senyawa Basa

Senyawa basa jika dilarutkan dalam air dapat mengalami ionisasi. Perhatikan persamaan reaksi berikut.
Dalam Air:
NaOH(aq) → Na⁺(aq) + OH^–(aq)
KOH(aq) → K⁺(aq) + OH^–(aq)
Ca(OH)₂(aq) → Ca²⁺(aq) + 2OH^–(aq)
NH₃(g) + H₂O(l) → NH₄⁺(aq) + OH^–(aq)
Al(OH)₃(aq) → Al³⁺(aq) + 3OH^–(aq)

Dari contoh persamaan reaksi ionisasi basa di atas, dapat diketahui bahwa senyawa basa dalam air akan terionisasi menghasilkan ion hidroksil atau ion OH^–. Dengan demikian, sifat basa disebabkan adanya ion ОH^–.

Menurut Arrhenius, basa adalah senyawa yang bila dilarutkan dalam air dapat melepaskan ion OH^–. Adanya ion OH^– dalam larutan dapat diuji dengan kertas lakmus merah yang akan berubah menjadi biru.

Kekuatan Basa

Jika dua larutan, masing-masing larutan NaOH dan larutan NH₃ yang konsentrasinya sama diuji daya hantar listriknya, maka pada larutan NaOH, lampu alat uji akan menyala terang, sedangkan pada larutan NH₃ tidak.

Perbedaan yang terjadi disebabkan oleh perbedaan jumlah ion OH^– yang dilepaskan oleh kedua larutan basa tersebut. Jumlah ion OH^– yang ada dalam larutan NaOH cukup banyak, sedangkan dalam larutan NH₃ jumlah ion OH^– nya sedikit. Jadi, NaOH dalam larutan terionisasi seluruhnya. sedangkan NH₃ dalam air hanya terionisasi sebagian.

Senyawa basa yang dalam air terionisasi seluruhnya disebut basa kuat. Contoh basa kuat
NaOH = natrium hidroksida
KOH = kalium hidroksida
Ca(OH)₂ = kalsium hidroksida
Ba(OH)₂ = barium hidroksida

Sedangkan senyawa basa yang dalam air hanya terionisasi sebagian disebut basa lemah. Contoh basa lemah
NH₃ dalam air = amonia
Zn(OH)₂ = seng hidroksida
Al(OH)₃ =aluminium hidroksida
Fe(OH)₃ = besi (III) hidroksida

Tetapan lonisasi Basa Lemah

Di dalam air, hanya sebagian kecil molekul-molekul basa lemah yang mengion sehingga harga tetapan ionisasinya juga sangat kecil.

Basa lemah LOH dalam air akan terionisasi sebagai berikut.
LOH(aq) ⇄ L⁺(aq) + OH^– (aq)

menurut hukum kesetimbangan tetapan kesetimbangan Kb disebut tetapan ionisasi basa lemah. Dari persamaan reaksi tersebut dapat dilihat bahwa
[L⁺] = [OH^–] sehingga
Karena LOH yang terionisasi sangat kecil, maka [LOH] dianggap tetap dan sama dengan konsentrasi basa mula-mula (Cb).

Jadi,
Dari persamaan  besarnya [OH-] bergantung pada harga Cb dan Kb basa lemah. Makin besar harga Kb makin besar pula harga [OH^–] dan makin kuat sifat basanya. Kekuatan basa ditentukan pula oleh derajad ionisasi basa tersebut. Makin besar harga ∝ makin kuat basanya. Harga dapat ditentukan dengan persamaan.

 pH Larutan Menyatakan Konsentrasi H⁺ dalam Air

 Tetapan Kesetimbangan Air

Dengan menggunakan alat uji daya hantar listrik, air suling atau aquades digolongkan sebagai zat non-elektrolit. Tetapi, dengan menggunakan alat uji daya hantar listrik yang peka, ternyata air memperlihatkan daya hantar listrik meskipun lemah. Kenyataan ini menunjukkan bahwa air dapat terionisasi meskipun sangat sedikit. Dari hasil perhitungan, setiap 1 mol air hanya menghantarkan 10^-7 mol ion H⁺ pada suhu 25°C.

Persamaan ionisasi air dapat dituliskan sebagai berikut;
HO(l) ⇄ H⁺(aq) + OH^–(aq)

Dari hukum kesetimbangan diperoleh harga tetapan kesetimbangan air.
K = [H⁺] [OH^–] / [H₂O]

Karena H₂O yang terionisasi sangat kecil, maka [H₂O] dapat dianggap konstan, artinya dapat dianggap tidak mengalami perubahan sehingga

K [H₂O] = [H⁺] [OH^–] oleh karena K [H₂O] = Kw, maka Kw = [H⁺] [OH^–]

Kw disebut tetapan kesetimbangan air. Dari hasil eksperimen, harga Kw pada suhu 25°C adalah 1,0 x 10^-14 dan harga Kw ini bergantung pada keadaan suhu. Makin tinggi suhu, makin besar harga Kw.

Dari persamaan ionisasi air [H⁺]=[OH^–], maka
Kw = [H⁺] [H⁺] = [H⁺]² sehingga
Jadi, dalam air suling atau air murni konsentrasi ion H⁺ dan konsentrasi ion OH^– sama, yaitu 10^-7.

Apa yang terjadi jika ke dalam air murni ditambahkan larutan 0,1 M HCI ? Karena HCI tergolong asam kuat, maka dalam air menghasilkan banyak ion H⁺. Adanya ion H⁺ yang berasal dari HCl dapat mengganggu kesetimbangan air sehingga konsentrasi ion H⁺ menjadi lebih besar dari 10^-7 M. Sebaliknya, konsentrasi ion OH^– menjadi lebih kecil dari 10 M.

Perhatikan persamaan ionisasi air
H₂O(l) ⇄ H⁺(aq) + OH^–(aq)
HCl → H⁺ + Cl^–

Adanya ion H⁺ yang berasal dari HCI akan menambah jumlah ion H⁺ dalam sistem kesetimbangan air sehingga kesetimbangan akan bergeser ke arah kiri (ke arah H₂O). Akibatnya, [OH^–] menjadi lebih kecil dari 10^-7 M.

Derajat Keasaman Larutan atau pH Larutan

Harga konsentrasi ion H⁺ dan ion OH^– dalam suatu larutan dalam air umumnya sangat kecil. Untuk menghindari penggunaan bilangan yang sangat kecil digunakan derajat keasaman larutan atau pH larutan.

Orang yang pertama kali menggunakan konsep pH adalah Sorensen pada tahun 1909. Untuk menentukan pH suatu larutan dapat digunakan indikator universal. Tabel berikut adalah data percobaan pengukuran pH larutan HCl yang konsentrasinya berbeda, dengan menggunakan indikator universal.

Dari data tersebut, didapat hubungan antara konsentrasi ion H⁺ atau [H⁺] dengan harga pH yang dinyatakan dengan persamaan.
pH = – log[H⁺]

Harga pH larutan berkisar antara O sampai 14. Jika untuk [H⁺] berlaku pH = – log [H⁺] , maka untuk pOH berlaku persamaan
pOH = – log [OH^–]

Untuk air berlaku Kw=[H⁺] [OH^–], maka berlaku pula
pKw = pH + pOH

Pada suhu 25^oC harga Kw = 10^-14 . Jadi, pada suhu 25^oC ~ pKw = 14 sehingga
pH = 14 – pOH dan pOH = 14 – pH.

Cara Menentukan pH Suatu Larutan

Dalam laboratorium, harga pH suatu larutan dapat ditentukan dengan indikator universal. Indikator universal diperdagangkan dalam bentuk pita kertas yang dilengkapi dengan peta warna, yang menunjukkan harga pH larutan tersebut.

Selanjutnya, akan dibandingkan pH beberapa larutan asam kuat dan asam lemah yang konsentrasinya sama, yaitu 0,1 molar dengan menggunakan indikator universal.

Dengan cara mencelupkan kertas indikator universal ke dalam masing-masing larutan HCl 0,1M dan larutan CH₃COOH 0,1M akan diperoleh harga pH masing- masing larutan dengan mencocokkan harga pH pada peta warna tersebut.
Larutan HCl 0,1 M mempunyai pH = 1, sedangkan pH larutan CH₃COOH 0,1 M adalah 3. Jadi, pada konsentrasi yang sama, harga pH asam lemah lebih besar dari pH asam kuat. Dengan data ini, dapat diambil kesimpulan bahwa makin besar harga pH suatu larutan asam, makin lemah sifat asamnya dan makin kecil harga pH suatu larutan, makin kuat keasamannya.
Dengan cara yang sama, larutan NaOH 0,1 M dan larutan NH, 0,1 M dapat ditentukan harga pH masing-masing larutan tersebut, dan dapat diambil kesimpulan bahwa makin besar harga pH suatu larutan, makin kuat sifat basanya. Sebaliknya, makin kecil harga pH suatu larutan, makin lemah sifat basanya.

pH Larutan Asam Kuat dan Basa Kuat

Harga pH suatu larutan asam kuat dan basa kuat dapat dihitung, jika konsentrasi larutannya diketahui.

pH Larutan Asam Leah dan Basa Lemah

Dalam menghitung pH asam lemah dapat dipakai persamaan yang diturunkan dari kesetimbangan ionisasi asam lemah, yaitu
sedangkan pH dari basa lemah dapat dihitung dari persamaan

Konsentrasi ion H⁺ yang terdapat dalam larutan asam lemah dicari jika harga tetapan ionisasi (Ka) diketahui. Demikian pula konsentrasi OH^– pada larutan basa lemah dapat ditentukan jika harga tetapan ionisasi bas (Kb) diketahui.

Contoh Soal

1. Tentukan harga pH larutan 0,01 M HCl
   
   Lihat Jawaban

   HCl(aq) → H⁺(aq) + Cl^–(aq)
   [H⁺] = [HCl] = 0,001 M = 10^-2 M
   pH = -log [H⁺] pH = -log 10^-2
   Jadi pH larutan = 2
2. Berapa pH larutan 0,05 M H₂SO₄ ?
   
   Lihat Jawaban

   H₂SO₄(aq) → 2H⁺(aq) + SO₄^2-(aq)
   Dari persamaan reaksi
   [H⁺] = 2 x [H₂SO₄] [H⁺] = 2 x 0,005 = 0,1 M = 10^-1 M
   pH = -log [H⁺] pH = -log 10^-1
   pH = 1
3. Berapa [H⁺] dalam larutan HNO₃ yang pHnya 2 ?
   
   Lihat Jawaban

   HNO₃(aq) → H⁺(aq) + NO^3-(aq)
   pH = -log [H⁺] 2 = -log [H⁺] log [H⁺] = -2
   log [H⁺] = log 10^-2
   [H⁺] = 10^-2 = 0,01 M
4. Tentukan pH larutan 0,01 M NaOH !
   
   Lihat Jawaban

   NaOH(aq) → Na⁺(aq) + OH^–(aq)
   [OH^–] = [NaOH] [OH^–] = 0,01 M = 10^-2 M
   pOH = -log [OH^–] pOH = -log 10^-2
   pOH = 2
   pH = 14 – 2
   pH = 12
5. Berapa [OH^–] yang terdapat dalam larutan KOH yang pHnya 13 ?
   
   Lihat Jawaban

   KOH(aq) → K⁺(aq) + OH^–(aq)
   pH =  13
   pOH = 14 – 13 = 1
   pOH = -log [OH^–] 1 = -log [OH^–] log [OH^–] = -1
   log [OH^–] = log 10^-1
   [OH^–] = 10^-1 = 0,1 M
6. Tentukan pH larutan CH₃COOH 0,1 M jika Ka CH₃COOH = 1,8 x 10^-5 !
   
   Lihat Jawaban

   Ca = [CH₃COOH] = 0,1 M = 10-1 M
   [H⁺] = √(Ka.Ca
   pH = – log [H⁺] pH = – log 1,34.10^-3
   pH = 3 – log 1,34
   pH = 3 – 0,137
   pH = 2,873
7. Berapa pH larutan amonia 0,1 M yang tetapan ionisasinya 1,7.10^-5 ?
   
   Lihat Jawaban

   NH₃(g) + H₂O(l) ⇄ NH₄⁺(aq) + OH^–(aq)
   Cb = [NH₃] = 0,1 M = 10^-1 M
   pOH = – log [OH^–] pOH = – loh 1,3 . 10^-3
   pOH = 3 – log 1,3
   pOH = 3 – 0,114
   pOH = 2,886
   pH = 14 – pOH
   pH = 14 – 2,886
   pH = 11,114