Materi Kimia Asam dan Basa

BAHAN AJAR KIMIA KELAS XI SMA

ASAM DAN BASA

1.   Pengantar

Setelah mempelajari bahan ajar ini peserta didik menguasai kompetensi tentang teori asam basa, menentukan indikator asam basa dan derajat keasaman (pH), dan titrasi asam basa.

2.   Kompetensi Inti Spiritual (1):

Menghayati dan mengamalkan ajaran agama yang dianutnya.

3.   Kompetensi Inti Sosial (2):

Menunjukkan perilaku jujur, disiplin, tanggung­jawab, peduli (gotong royong, kerjasama, toleran, damai), santun, responsif dan pro-aktif dan menunjukkan sikap sebagai bagian dari solusi atas berbagai permasalahan dalam berinteraksi secara efektif dengan lingkungan sosial dan alam serta dalam menempatkan diri sebagai cerminan bangsa dalam pergaulan dunia.

                                                          

4.   Kompetensi Pengetahuan:

3.10  Memahami konsep asam dan basa serta kekuatannya dan kesetimbangan pengionannya dalam larutan

4.10  Menentukan trayek perubahan pH beberapa indikator yang diekstrak dari bahan alam

5.   Ruang Lingkup Materi Pembelajaran

A.   Pengertian asam basa

B.   Teori asam basa

C.   Indikator asam-basa dan derajat keasaman (pH)

D.  Titrasi asam basa

6.   Indikator Pencapaian Kompetensi

    a. Peserta didik mampu mengamati zat yang bersifat asam atau basa dalam kehidupan sehari-hari.

    b.   Peserta didik mampu menjelaskan tentang berbagai konsep asam basa

c.    Peserta didik mampu membandingkan konsep asam basa menurut Arrhenius, Brønsted-Lowry dan Lewis serta menyimpulkannya.

d. Peserta didik mampu mengamati perubahan warna indikator dalam berbagai larutan.

e.    Peserta didik mampu menyebutkan bahan alam yang dapat digunakan sebagai indikator.

f.     Peserta didik mampu mengidentifikasi beberapa larutan asam basa dengan beberapa indikator

g.    Peserta didik mampu memprediksi pH larutan dengan menggunakan beberapa indikator.

h.   Peserta didik mampu menghitung pH larutan asam kuat dan larutan basa kuat

i.     Peserta didik mampu mengukur pH berbagai larutan asam lemah, asam kuat, basa lemah, dan basa kuat yang konsentrasinya sama dengan menggunakan indikator universal atau pH meter

j.     Peserta didik mampu menghitung konsentrasi suatu zat dengan menggunakan titrasi asam basa.

7.   Uraian Materi

A.   Pengertian Asam dan Basa

Perhatikan 2 buah di bawah ini !

a.    Apakah kalian mengenal kedua buah di atas? Ya, pasti kalian dapat menyebutkan nama kedua buah di atas, yaitu jeruk dan pare(Sunda : paria)

b.   Bagaimana rasa kedua buah di atas? Ya, pasti kalian dapat membedakan rasa kedua buah di atas, jeruk umumnya masam dan pare rasanya pahit

c.    Apa yang menyebabkan perbedaan rasa kedua buah di atas? Silakan diskusikan dengan temanmu !

Apakah yang menyebabkan perbedaan sifat kedua zat di atas?

Hal ini dapat dijelaskan salah satunya menggunakan konsep asam dan basa.

Kata asam berasal dari bahasa Latin acidus yang berarti masam. Asam adalah zat (senyawa) yang menyebabkan rasa masam pada berbagai materi. Basa adalah zat (senyawa) yang dapat bereaksi dengan asam, menghasilkan senyawa yang disebut garam. Sedangkan basa adalah zat-zat yang dapat menetralkan asam. Secara kimia, asam dan basa saling berlawanan. Sifat basa pada umumnya ditunjukkan dari rasa pahit dan licin.

Asam dan basa sangat erat kaitannya dalam kehidupan kita, di dalam tubuh manusia juga terdapat keseimbangan asam basa untuk beradaptasi dan tetap menjaga fungsinya dengan baik.Contohnya saja seperti asam lambung yang dapat membunuh mikroorganisme yang terdapat pada makanan yang kita konsumsi. Begitu juga dengan gaya hidup kita sehari-hari sangat sering dihadapkan dengan asam basa tersebut, seperti asam cuka, minuman bersoda, jeruk, aki bersifat asam. Sedangkan sabun dan bahan pembuatan pupuk yang bersifat basa. Beberapa hewan tertentu juga mempertahankan diri dengan menghasilkan basa, seperti sengatan tawon.

Lantas bagaimanakah cara membedakan suatu zat (larutan) bersifat asam dan basa secara lebih teliti? Maka ini dijelaskan dengan beberapa teori asam basa yang sudah dikemukakan oleh para ahli kimia.

B.   Teori Asam Basa

Terdapat tiga teori tentang cara membedakan senyawa asam dan senyawa basa. Teori tersebut adalah teori Arrhenius, Bronsted-Lowry, dan Lewis.

1.   Teori Arrhenius; dikemukakan oleh ilmuwan Swedia, Svante Arrhenius pada tahun 1807. Teori ini menyatakan bahwa:

a.    Asam: suatu zat yang bila dilarutkan dalam air dapat memberikan atau memperbesar konsentrasi ion H⁺.

Contoh :

HCl(aq) → H+(aq)  +  Cl-(aq)

b.   Basa: suatu zat yang bila dilarutkan dalam air dapat memperbesar konsentrasi OH^-.

Contoh :

         NaOH(aq) → Na+(aq)  + OH-(aq)

2.   Teori Bronsted-Lowry; dikemukakan oleh Johanes N. Bronsted dan Thomas M. Lowry pada tahun 1923. Teori ini menyatakan bahwa:

a.    Asam: senyawa yang dapat memberikan proton kepada senyawa lain (donor proton)

b.   Basa: senyawa yang dapat menerima proton dari senyawa lain (akseptor proton)

Contoh :

3.   Teori Lewis ; dikemukakan oleh G.N. Lewis pada tahun 1923. Beliau adalah seorang ahli kimia Amerika Serikat. Teori ini menyatakan bahwa:

a.    Asam: ion/molekul yang dapat bertindak sebagai penerima pasangan elektron (belum oktet)

b.   Basa: ion/molekul yang dapat bertindak sebagai pemberi pasangan elektron (mempunyai PEB)

Contoh asam basa Lewis :

                        

Untuk lebih jelasnya tentang teori asam basa dari ketiga tokoh di atas, perhatikan video berikut :

Dan lihat video ini juga:

          Meskipun teori asam basa ini digunakan dalam ilmu kimia hingga saat ini, namun tidak terlepas dari kekurangan dan kelemahan. Disuksikan dengan temanmu tentang kelemahan teori asam basa Arrhenius dan Bronsted_Lowry !

C.   Indikator asam-basa dan derajat keasaman (pH)

Suatu senyawa dapat diketahui bersifat asam atau basa dengan menggunakan indikator. Indikator adalah asam organik lemah atau basa organik lemah yang dapat berubah warna pada rentang harga pH tertentu (James E. Brady, 2012). Terdapat dua jenis indikator asam basa yaitu indikator buatan dan indikator alami.

1.   Indikator Buatan

Indikator buatan yang sering digunakan untuk identifikasi asam basa adalah kertas lakmus dan indikator universal. Kamu tentu sudah mengetahui jika lakmus biru dicelupkan ke dalam larutan asam, maka lakmus biru berubah menjadi merah pink. Sedangkan lakmus merah jika dicelupkan ke dalam larutan basa, akan berubah menjadi biru. Sedangkan indikator universal adalah campuran berbagai indikator yang dapat menunjukkan pH suatu larutan dari perubahan warnanya. Indikator universal berbentuk kertas dengan 4 strip warna.

Gambar Lakmus dan indikator universal

Kertas lakmus	Indikator Universal

Selain kertas lakmus dan indikator universal, penentuan asam bas dilakukan dengan menggunakan beberapa larutan indikator, misalnya phenophtalein (PP) dan brom timol biru (BTB).

Berikut perubahan warna dan trayek pH beberapa indikator:

Indikator	Trayek pH	Perubahan Warna
Bromthymol blue	6.0-7,6	Kuning	Biru
Methyl orange	3.1-4,4	Jingga	Kuning
Methyl red	4,4-6,2	Merah	Kuning
Phenolphtalein	8,0-9,8	Tak berwarna	Pink
Thymolphtalein	9,3-10,5	Tak berwarna	Biru

                                    

2.   Indikator Alami

Selain menggunakan indikator buatan, suatu larutan asam basa dapat ditentukan dengan menggunakan indikator alami seperti ekstrak bunga sepatu, kol merah, kunyit dan beberapa jenis tumbuhan lainnya.

Gambar beberapa indikator alami

Bunga sepatu	Kol merah	Kunyit

Berikut video uji asam basa dengan beberapa indikator:

3.   Asam dan Basa Kuat

Asam kuat merupakan senyawa asam yang dalam larutannya terion seluruhnya menjadi ion-ionnya. Contoh asam kuat adalah HCl,H2SO4, HBr, HI, HClO₄ dan HNO₃. Besarnya konsentrasi H⁺asam kuat dirumuskan sebagai berikut:

[H⁺] = a. [asam]

Keterangan :

a = valensi asam

Contoh :

Tentukan konsentrasi ion H⁺ dalam HCl 0,01 M !

Penyelesaian :

HCl adalah asam kuat, dalam air dianggap terionisasi sempurna (100%). Reaksi ionnya :

	HCl (aq)	à	H+(aq)	Cl-(aq)
Mula-mula:	0,01		-	-
Terionisasi :	0,01		0,01	0,01
Sisa :	0		0,01	0,01

Jadi konsentrasi H⁺ = 0,01 M

Jika menggunakan rumus di atas:

[H⁺] = a. [HCl]

[H⁺] = 1. 0,01 M

[H⁺] = 0,01 M

Sementara itu, basa kuat merupakan senyawa basa yang dalam larutannya terion menjadi ion-ionnya. Contoh basa kuat adalah NaOH, KOH, Ca(OH)₂, Ba(OH)₂.  Besarnya konsentrasi OH^- basa kuat dirumuskan sebagai berikut:

[OH^-] = b. [basa]

Keterangan :

b = valensi basa

Contoh :

Tentukan konsentrasi ion OH^- dalam NaOH 0,2 M !

Penyelesaian :

NaOH adalah basa kuat, dalam air dianggap terionisasi sempurna (100%). Reaksi ionnya :

	NaOH (aq)	à	Na+(aq)	OH-(aq)
Mula-mula:	0,2		-	-
Terionisasi :	0,2		0,2	0,2
Sisa :	0		0,2	0,2

Jadi konsentrasi OH^- = 0,2 M

Jika menggunakan rumus di atas:

[OH^-] = b. [basa]

[OH^-] = 1. 0,2 M

[OH^-] = 0,2 M

4.   Asam dan Basa Lemah

Asam lemah merupakan senyawa asam yang dalam larutannya hanya sedikit terionisasi menjadi ion-ionnya. Zat-zat yang bersifat asam lemah, di dalam larutan membentuk kesetimbangan antara molekul-molekul asam dengan ion-ionnya.

     Misalkan larutan asam lemah HA a M dilarutkan dalam air, larutan tersebut akan terioniasi membentuk ion-ion H+ dan A-. Jika HA yang terionisasi sebesar x M, maka reaksi kesetimbangan asam lemah HA dituliskan sebagai berikut :

	HA (aq)	⇆	H+(aq)	A-(aq)
Mula-mula:	a		-	-
Terionisasi :	x		x	x
Sisa :	(a –x)		x	x

Karena HA membentuk kesetimbangan, maka pelarutan asam lemah dalam air akan memiliki tetapan kesetimbangan. Tetapan kesetimbangan untuk asam lemah dinamakan tetapan ionisasi asam, dilambangkan dengan Ka. Rumusnya sebagai berikut :

Keterangan : [HA] = konsentrasi asam (M)

                     Ka = tetapan ionisasi asam

Pada rumus tersebut, konsentasi awal HA dianggap tetap atau konsentrasi HA yang terionisasi dapat diabaikan karena relatif sangat kecil dibandingkan konsentrasi awal HA.

5.   Ionisasi Air dan Konsep pH

Di dalam air murni terjadi reaksi asam-basa antara molekul-molekul air itu sendiri. Merujuk pada teori Bronsted-Lowry reaksi itu dapat ditulis sebagai berikut:

H₂O + H₂O  ----      H₃O⁺  + OH^-

Tetapan kesetimbangan reaksi dissosiasi di atas adalah :

Konsentrasi molar air mendekati tetap yaitu 55,6 M, sehingga

(H₂O)² adalah tetap.

K. (H₂O)² = (H₃O⁺)(OH^-)

Kw = (H₃O⁺)(OH^-)

Kw disebut tetapan ionisasi atau tetapa dissosiasi air yang mempunyai harga 10^-14 pada suhu 25⁰C dan tekanan 1 atm. Penyederhanaan terhadap ionisasi air adalah :

H₂O  ---  H⁺  + OH^-

Dan Kw = (H⁺)(OH^-). Dalam air murni (H⁺) = (OH^-) = 10^-7 M.

Konsep pH pertama kali diperkenalkan oleh ahli Kimia Denmark, Sorensen (1909). Hubungan antara H⁺ dengan pH adalah:

pH = -log [H⁺]      

yang kemudian diperluas menjadi :   pOH =-log [OH^-]

pH + pOH = 14

          Suatu zat disebut asam jika memiliki pH<7

          Suatu zat disebut netral jika memiliki pH=7

          Suatu zat disebut basa jika memiliki pH>7

Contoh Soal :

1.   Hitung pH larutan HCl 0,1 M !

Penyelesaian :

[H⁺] = a. [HCl]

[H⁺] = 1. 01 M = 0,1 M

pH = -log [H⁺]

pH = -log 10^-1

pH = 1

2.   Hitung pH larutan NaOH 0,1 M !

Penyelesaian :

[OH^-] = a. [NaOH]

[OH^-] = 1. 01 M = 0,1 M

pOH = -log [OH^-]

pOH = -log 10^-1

pOH = 1, maka

pH = 14-1 = 13

3.   Hitung pH larutan CH₃COOH 0,1 M jika Ka=10^-5 !

Jawab :

Karena CH₃COOH adalah asam lemah maka,

D. Titrasi Asam Basa

1.   Pengertian titrasi asam basa

Titrasi adalah prosedur menetapkan kadar suatu larutan dengan mereaksikan sejumlah larutan tersebut yang volumenya terukur dengan suatu larutan lain yang telah diketahui kadarnya (larutan standar) secara bertahap. Berdasarkan jenis reaksi yang terjadi, titrasi dibedakan menjadi titrasi asam basa, titrasi pengendapan, dan titrasi redoks. Dalam artikel ini, yang akan dibahas lebih lanjut hanya titrasi asam basa saja.

Pada label yang tertera pada botol cuka makan umumnya terdapat informasi kadar cuka tersebut. Misalkan, pada suatu botol cuka tertulis 25% asam cuka, bagaimana cara memastikan kebenaran dari kadar tersebut? Penentuan kadar asam cuka dapat dilakukan dengan prosedur eksperimen menggunakan metode titrasi.

Dalam menentukan kadar asam cuka, metode titrasi yang digunakan adalah titrasi asam basa. Titrasi asam basa adalah penentuan kadar suatu larutan basa dengan larutan asam yang diketahui kadarnya atau sebaliknya, kadar suatu larutan asam dengan larutan basa yang diketahui, dengan didasarkan pada reaksi netralisasi. Titrasi harus dilakukan hingga mencapai titik ekivalen, yaitu keadaan di mana asam dan basa tepat habis bereaksi secara stoikiometri.Titik ekivalen umumnya dapat ditandai dengan perubahan warna dari indikator. Keadaan di mana titrasi harus dihentikan tepat pada saat indikator menunjukkan perubahan warna disebut titik akhir titrasi.Jadi, untuk memperoleh hasil titrasi yang tepat, maka selisih antara titik akhir titrasi dengan titik ekivalen harus diusahakan seminimal mungkin.Hal ini dapat diupayakan dengan memilih indikator yang tepat pada saat titrasi, yakni indikator yang mengalami perubahan warna di sekitar titik ekivalen.

Alat utama titrasi adalah buret dan erlenmeyer, seperti gambar

berikut:

2.   Perubahan pH pada Titrasi Asam Basa

Pada saat larutan basa ditetesi dengan larutan asam, pH larutan akan turun. Sebaliknya, jika larutan asam ditetesi dengan larutan basa, maka pH larutan akan naik. Jika pH larutan asam atau basa diplotkan sebagai fungsi dari volum larutan basa atau asam yang diteteskan, maka akan diperoleh suatu grafik yang disebut kurva titrasi. Kurva titrasi menunjukkan perubahan pH larutan selama proses titrasi asam dengan basa atau sebaliknya. Bentuk kurva titrasi memiliki karakteristik tertentu yang bergantung pada kekuatan dan konsentrasi asam dan basa yang bereaksi.

a.    Titrasi asam kuat dengan basa kuat

Sebagai contoh, 40 mL larutan HCl 0,1 M ditetesi dengan larutan NaOH 0,1 M sedikit demi sedikit. Berikut kurva titrasi yang menggambarkan perubahan pH selama titrasi tersebut.

Kurva titrasi asam basa: HCl dengan NaOH.

Dari kurva tersebut dapat disimpulkan:

a.    Mula-mula pH larutan naik sedikit demi sedikit

b.   Perubahan pH drastis terjadi sekitar titik ekivalen

c.    pH titik ekivalen = 7 (netral)

d.   Indikator yang dapat digunakan: metil merah, bromtimol biru, atau fenolftalein. Namun, yang lebih sering digunakan adalah fenolftalein karena perubahan warna fenolftalein yang lebih mudah diamati.

b.   Titrasi asam lemah dengan basa kuat

Sebagai contoh, 40 mL larutan CH₃COOH 0,1 M ditetesi dengan larutan NaOH 0,1 M sedikit demi sedikit. Berikut kurva titrasi berwarna biru yang menggambarkan perubahan pH selama titrasi tersebut dibandingkan dengan kurva titrasi HCl dengan NaOH yang berwarna merah.

Kurva titrasi CH₃COOH dengan NaOH dan titrasi HCl dengan NaOH

Dari kurva tersebut dapat disimpulkan:

a.    Titik ekivalen berada di atas pH 7, yaitu antara 8 – 9

b.   Lonjakan perubahan pH pada sekitar titik ekivalen lebih kecil, hanya sekitar 3 satuan, yaitu dari pH ±7 hingga pH ±10

c.    Indikator yang digunakan: fenolftalein. Metil merah tidak dapat digunakan karena perubahan warnanya terjadi jauh sebelum tercapai titik ekivalen.

c.    Titrasi basa lemah dengan asam kuat

Sebagai contoh, 40 mL larutan NH₃ 0,1 M ditetesi dengan larutan HCl 0,1 M sedikit demi sedikit. Berikut ditampilkan kurva titrasi yang menggambarkan perubahan pH selama titrasi tersebut

Kurva titrasi NH3 dengan HCl

Dari kurva tersebut dapat disimpulkan:

a.    Titik ekivalen berada di bawah pH 7, yaitu antara 5 – 6

b.   Lonjakan perubahan pH pada sekitar titik ekivalen hanya sedikit, sekitar 3 satuan, yaitu dari pH ±7 hingga pH ±4

c.    Indikator yang digunakan: metil merah. Fenolftalein tidak dapat digunakan karena perubahan warnanya terjadi jauh sebelum tercapai titik ekivalen.

Contoh Soal Titrasi Asam Basa

Contoh Soal 1

Berapa konsentrasi dari larutan asam asetat CH₃COOH jika diketahui untuk titrasi 25 mL larutan CH₃COOH tersebut diperlukan 15 mL larutan NaOH 0,05 M agar mencapai titik ekivalen?

Jawab:

Persamaan reaksi netralisasi CH₃COOH dengan NaOH:

CH₃COOH(aq) + NaOH(aq) → CH₃COONa(aq) + H₂O(l)

Dari persamaan reaksi, diperoleh: 1 mol CH₃COOH 1 mol NaOH

Contoh Soal 2

Sebanyak 40 mL larutan asam sulfat 0,25 M dititrasi dengan suatu basa bervalensi satu, dan ternyata dibutuhkan 57 mL basa tersebut. Berapakah kemolaran basa yang digunakan tersebut?

Jawab:

Reaksi netralisasi terjadi antara asam sulfat H₂SO₄ (asam kuat bervalensi dua) dengan suatu basa bervalensi satu.

Agar lebih jelas, simak video titrasi berikut:

Referensi :

Purba, Michael. 2006. Kimia 2B untuk SMA Kelas XI. Jakarta:Erlangga.

Sudarmin,dkk. 2016. Modul Diklat PLPG Kimia. Dirjen GTK:Kemendikbud

Umiyati, Nurhalimah. 2014. Kimia; Peminatan Matematika dan Ilmu-Ilmu Alam Kelas XI. Mediatama: Surakarta

www.googgle.com

www.youtube.com.