Compiled
by: Khaerul Muslim
Bab
ini akan menjelaskan teori asam dan basa Arrhenius, Bronsted-Lowry, dan Lewis,
dan halaman ini juga menjelaskan hubungan antara ketiga teori asam dan basa
tersebut. Bab ini juga menjelaskan konsep pasangan konjugasi – asam dan basa
konjugasinya, atau basa dan asam konjugasinya.
Teori
asam basa Arrhenius:
- Asam adalah zat yang menghasilkan ion hidrogen dalam larutan.
- Basa adalah zat yang menghasilkan ion hidroksida dalam larutan.
Penetralan
terjadi karena ion hidrogen dan ion hidroksida bereaksi untuk menghasilkan air.
Pembatasan
teori
Asam
hidroklorida (asam klorida) dinetralkan oleh kedua larutan natrium hidroksida
dan larutan amonia. Pada kedua kasus tersebut, kita akan memperoleh larutan tak
berwarna yang dapat kamu kristalisasi untuk mendapatkan garam berwarna putih –
baik itu natrium klorida maupun amonium klorida.
Keduanya
jelas merupakan reaksi yang sangat mirip. Persamaan lengkapnya adalah:
Pada
kasus natrium hidroksida, ion hidrogen dari asam bereaksi dengan ion hidroksida
dari natrium hidroksida – sejalan dengan teori Arrhenius.
Akan
tetapi, pada kasus amonia, tidak muncul ion hidroksida sedikit pun!
Kita
bisa memahami hal ini dengan mengatakan bahwa amonia bereaksi dengan air
yang melarutkan amonia tersebut untuk menghasilkan ion amonium dan ion hidroksida:
Reaksi
ini merupakan reaksi reversibel, dan pada larutan amonia encer yang khas,
sekitar 99% sisa amonia ada dalam bentuk molekul amonia. Meskipun demikian,
pada reaksi tersebut terdapat ion hidroksida, dan kita dapat menyelipkan ion
hidroksida ini ke dalam teori Arrhenius.
Akan
tetapi, reaksi yang sama juga terjadi antara gas amonia dan gas hidrogen
klorida.
Pada
kasus ini, tidak terdapat ion hidrogen atau ion hidroksida dalam larutan –
karena bukan merupakan suatu larutan. Teori Arrhenius tidak menghitung reaksi
ini sebagai reaksi asam-basa, meskipun pada faktanya reaksi tersebut
menghasilkan produk yang sama seperti ketika dua zat tersebut berada dalam
larutan. Ini adalah sesuatu hal yang lucu!
Teori
asam dan basa Bronsted-Lowry:
- Asam adalah donor proton (ion hidrogen).
- Basa adalah akseptor proton (ion hidrogen).
Hubungan
antara teori Bronsted-Lowry dan teori Arrhenius
Teori
Bronsted-Lowry tidak berlawanan dengan teori Arrhenius – Teori Bronsted-Lowry
merupakan perluasan teori Arrhenius.
Ion
hidroksida tetap berlaku sebagai basa karena ion hidroksida menerima ion
hidrogen dari asam dan membentuk air.
Asam
menghasilkan ion hidrogen dalam larutan karena asam bereaksi dengan molekul air
melalui pemberian sebuah proton pada molekul air.
Ketika
gas hidrogen klorida dilarutkan dalam air untuk menghasilkan asam hidroklorida,
molekul hidrogen klorida memberikan sebuah proton (sebuah ion hidrogen) ke
molekul air. Ikatan koordinasi (kovalen dativ) terbentuk antara satu pasangan
mandiri pada oksigen dan hidrogen dari HCl. Menghasilkan ion hidroksonium, H3O+.
Ketika
asam yang terdapat dalam larutan bereaksi dengan basa, yang berfungsi sebagai
asam sebenarnya adalah ion hidroksonium. Sebagai contoh, proton ditransferkan
dari ion hidroksonium ke ion hidroksida untuk mendapatkan air.
Tampilan
elektron terluar, tetapi mengabaikan elektron pada bagian yang lebih dalam:
Adalah
sesuatu hal yang penting untuk mengatakan bahwa meskipun anda berbicara tentang
ion hidrogen dalam suatu larutan, H+(aq), sebenarnya anda
sedang membicarakan ion hidroksonium.
Permasalahan
hidrogen klorida / amonia
Hal
ini bukanlah suatu masalah yang berlarut-larut dengan menggunakan teori
Bronsted-Lowry. Apakah anda sedang membicarakan mengenai reaksi pada keadaan
larutan ataupun pada keadaan gas, amonia adalah basa karena amonia menerima
sebuah proton (sebuah ion hidrogen). Hidrogen menjadi tertarik ke pasangan
mandiri pada nitrogen yang terdapat pada amonia melalui sebuah ikatan
koordinasi.
Jika
amonia berada dalam larutan, amonia menerima sebuah proton dari ion
hidroksonium:
Jika
reaksi terjadi pada keadaan gas, amonia menerima sebuah proton secara langsung
dari hidrogen klorida:
Cara
yang lain, amonia berlaku sebagai basa melalui penerimaan sebuah ion hidrogen
dari asam.
Pasangan
konjugasi
Ketika
hidrogen klorida dilarutkan dalam air, hampir 100% hidrogen klorida bereaksi
dengan air menghasilkan ion hidroksonium dan ion klorida. Hidrogen klorida
adalah asam kuat, dan kita cenderung menuliskannya dalam reaksi satu arah:
Pada
faktanya, reaksi antara HCl dan air adalah reversibel, tetapi hanya sampai pada
tingkatan yang sangat kecil. Supaya menjadi bentuk yang lebih umum, asam
dituliskan dengan HA, dan reaksi berlangsung reversibel.
Perhatikan
reaksi ke arah depan:
- HA adalah asam karena HA mendonasikan sebuah proton (ion hidrogen) ke air.
- Air adalah basa karena air menerima sebuah proton dari HA.
Akan
tetapi ada juga reaksi kebalikan antara ion hidroksonium dan ion A-:
- H3O+ adalah asam karena H3O+ mendonasikan sebuah proton (ion hidrogen) ke ion A-.
- Ion A- adalah basa karena A- menerima sebuah proton dari H3O+.
Reaksi
reversibel mengandung dua asam dan dua basa. Kita dapat
menganggapnya berpasangan, yang disebut pasangan konjugasi.
Ketika
asam, HA, kehilangan sebuah proton asam tersebut membentuk sebuah basa A-.
Ketika sebuah basa, A-, menerima kembali sebuah proton, basa
tersebut kembali berubah bentuk menjadi asam, HA. Keduanya adalah pasangan
konjugasi.
Anggota
pasangan konjugasi berbeda antara satu dengan yang lain melalui kehadiran atau
ketidakhadiran ion hidrogen yang dapat ditransferkan.
Jika
anda berfikir mengenai HA sebagai asam, maka A- adalah sebagai basa
konjugasinya.
Jika
anda memperlakukan A- sebagai basa, maka HA adalah sebagai asam
konjugasinya.
Air
dan ion hidroksonium juga merupakan pasangan konjugasi. Memperlakukan air
sebagai basa, ion hidroksonium adalah asam konjugasinya karena ion hidroksonium
memiliki kelebihan ion hidrogen yang dapat diberikan lagi.
Memperlakukan
ion hidroksonium sebagai asam, maka air adalah sebagai basa konjugasinya. Air
dapat menerima kembali ion hidrogen untuk membentuk kembali ion hidroksonium.
Contoh
yang kedua mengenai pasangan konjugasi
Berikut
ini adalah reaksi antara amonia dan air yang telah kita lihat sebelumnya:
Hal
pertama yang harus diperhatikan adalah forward reaction terlebih dahulu. Amonia
adalah basa karena amonia menerima ion hidrogen dari air. Ion amonium adalah
asam konjugasinya – ion amonium dapat melepaskan kembali ion hidrogen tersebut
untuk membentuk kembali amonia.
Air
berlaku sebagai asam, dan basa konjugasinya adalah ion hidroksida. Ion
hidroksida dapat menerima ion hidrogen untuk membentuk air kembali.
Perhatikanlah
hal ini pada tinjauan yang lain, ion amonium adalah asam, dan amonia adalah
basa konjugasinya. Ion hidroksida adalah basa dan air adalah asam konjugasinya.
Zat
amfoter
Anda
mungkin memperhatikan (atau bahkan mungkin juga tidak memperhatikan!) bahwa
salah satu dari dua contoh di atas, air berperilaku sebagai basa, tetapi di
lain pihak air berperilaku sebagai asam.
Suatu
zat yang dapat berperilaku baik sebagai asam atau sebagai basa digambarkan
sebagai amfoter.
Teori
asam dan basa Lewis
Teori
ini memperluas pemahaman anda mengenai asam dan basa.
Teori
- Asam adalah akseptor pasangan elektron.
- Basa adalah donor pasangan elektron.
Hubungan
antara teori Lewis dan teori Bronsted-Lowry
Basa
Lewis
Hal
yang paling mudah untuk melihat hubungan tersebut adalah dengan meninjau dengan
tepat mengenai basa Bronsted-Lowry ketika basa Bronsted-Lowry menerima ion
hidrogen. Tiga basa Bronsted-Lowry dapat kita lihat pada ion hidroksida, amonia
dan air, dan ketianya bersifat khas.
Teori
Bronsted-Lowry mengatakan bahwa ketiganya berperilaku sebagai basa karena
ketiganya bergabung dengan ion hidrogen. Alasan ketiganya bergabung dengan ion hidrigen
adalah karena ketiganya memiliki pasangan elektron mandiri – seperti yang
dikatakan oleh Teori Lewis. Keduanya konsisten.
Jadi
bagaimana Teori Lewis merupakan suatu tambahan pada konsep basa? Saat ini belum
– hal ini akan terlihat ketika kita meninjaunya dalam sudut pandang yang
berbeda.
Tetapi
bagaimana dengan reaksi yang sama mengenai amonia dan air, sebagai contohnya?
Pada teori Lewis, tiap reaksi yang menggunakan amonia dan air menggunakan
pasangan elektron mandiri-nya untuk membentuk ikatan koordinasi yang akan
terhitung selama keduanya berperilaku sebagai basa.
Berikut
ini reaksi yang akan anda temukan pada halaman yang berhubungan dengan ikatan
koordinasi. Amonia bereaksi dengan BF3 melalui penggunaan pasangan
elektron mandiri yang dimilikinya untuk membentuk ikatan koordinasi dengan
orbital kosong pada boron.
Sepanjang
menyangkut amonia, amonia menjadi sama persis seperti ketika amonia bereaksi
dengan sebuah ion hidrogen – amonia menggunakan pasangan elektron mandiri-nya
untuk membentuk ikatan koordinasi. Jika anda memperlakukannya sebagai basa pada
suatu kasus, hal ini akan berlaku juga pada kasus yang lain.
Asam
Lewis
Asam
Lewis adalah akseptor pasangan elektron. Pada contoh sebelumnya, BF3
berperilaku sebagai asam Lewis melalui penerimaan pasangan elektron mandiri
milik nitrogen. Pada teori Bronsted-Lowry, BF3 tidak sedikitpun
disinggung menganai keasamannya.
Inilah
tambahan mengenai istilah asam dari pengertian yang sudah biasa
digunakan.
Bagaimana
dengan reaksi asam basa yang lebih pasti – seperti, sebagai contoh, reaksi
antara amonia dan gas hidrogen klorida?
Pastinya
adalah penerimaan pasangan elektron mandiri pada nitrogen. Buku teks sering
kali menuliskan hal ini seperti jika amonia mendonasikan pasangan elektron
mandiri yang dimilikinya pada ion hidrogen – proton sederhana dengan tidak
adanya elektron disekelilingnya.
Ini
adalah sesuatu hal yang menyesatkan! anda tidak selalu memperoleh ion hidrogen
yang bebas pada sistem kimia. Ion hidogen sangat reaktif dan selalu tertarik
pada yang lain. Tidak terdapat ion hidrogen yang tidak bergabung dalam HCl.
Tidak
terdapat orbital kosong pada HCl yang dapat menerima pasangan elektron.
Mengapa, kemudian, HCl adalah suatu asam Lewis?
Klor
lebih elektronegatif dibandingkan dengan hidrogen, dan hal ini berarti bahwa
hidrogen klorida akan menjadi molekul polar. Elektron pada ikatan hidrogen-klor
akan tertarik ke sisi klor, menghasilkan hidrogen yang bersifat sedikit positif
dan klor sedikit negatif.
Pasangan
elektron mandiri pada nitrogen yang terdapat pada molekul amonia tertarik ke
arah atom hidrogen yang sedikit positif pada HCl. Setelah pasangan elektron
mandiri milik nitrogen mendekat pada atom hidrogen, elektron pada ikatan
hidrogen-klor tetap akan menolak ke arah klor.
Akhirnya,
ikatan koordinasi terbentuk antara nitrogen dan hidrogen, dan klor terputus
keluar sebagai ion klorida.
Hal
ini sangat baik ditunjukkan dengan notasi “panah melengkung” seperti yang
sering digunakan dalam mekanisme reaksi organik.
