Larutan elektrolit dan non elektrolit

Pada tahun 1884, Svante Arrhenius, ahli kimia terkenal dari Swedia mengemukakan teori elektrolit yang sampai saat ini teori tersebut tetap bertahan padahal ia hampir saja tidak diberikan gelar doktornya di Universitas Upsala, Swedia, karena mengungkapkan teori ini. Menurut Arrhenius, larutan elektrolit dalam air terdisosiasi ke dalam partikel-partikel bermuatan listrik positif dan negatif yang disebut ion (ion positif dan ion negatif) Jumlah muatan ion positif akan sama dengan jumlah muatan ion negatif, sehingga muatan ion-ion dalam larutan netral. Ion-ion inilah yang bertugas mengahantarkan arus listrik. Larutan yang dapat menghantarkan arus listrik disebut larutan elektrolit.
Larutan ini memberikan gejala berupa menyalanya lampu atau timbulnya gelembung gas dalam larutan.
Larutan elektrolit mengandung partikel-partikel yang bermuatan (kation dan anion). Berdasarkan percobaan yang dilakukan oleh Michael Faraday, diketahui bahwa jika arus listrik dialirkan ke dalam larutan elektrolit akan terjadi proses elektrolisis yang menghasilkan gas. Gelembung gas ini terbentuk karena ion positif mengalami reaksi reduksi dan ion negatif mengalami oksidasi. Contoh, pada laruutan HCl terjadi reaksi elektrolisis yang menghasilkan gas hidrogen sebagai berikut.
HCl(aq)→ H+(aq) + Cl-(aq)
Reaksi reduksi : 2H+(aq) + 2e- → H2(g)
Reaksi oksidasi : 2Cl-(aq) → Cl2(g) + 2e-

Larutan elektrolit terbagi menjadi 2 macam, yaitu elektrolit kuat dan larutan elektrolit lemah

Pada larutan elektrolit kuat, seluruh molekulnya terurai menjadi ion-ion (terionisasi sempurna). Karena banyak ion yang dapat menghantarkan arus listrik, maka daya hantarnya kuat. pada persamaan reaksi, ionisasi elektrolit kuat ditandai dengan anak panah satu arah ke kanan.

Contoh :
NaCl(s) → Na+ (aq) + Cl- (aq)

Contoh larutan elektrolit kuat :

Asam, contohnya asam sulfat (H2SO4), asam nitrat (HNO3), asam klorida (HCl)

Basa, contohnya natrium hidroksida (NaOH), kalium hidroksida (KOH), barium hidroksida (Ba(OH)2)

Garam, hampir semua senyawa kecuali garam merkuri

Larutan elektrolit lemah adalah larutan yang dapat memberikan nyala redup ataupun tidak menyala, tetapi masih terdapat gelembung gas pada elektrodanya. Hal ini disebabkan tidak semua terurai menjadi ion-ion (ionisasi tidak sempurna) sehingga dalam larutan hanya ada sedikit ion-ion yang dapat menghantarkan arus listrik. Dalam persamaan reaksi, ionisasi elektrolit lemah ditandai dengan panah dua arah (bolak-balik).

Contoh :
CH3COOH(aq) ↔ CH3COO- (aq) + H+ (aq)

Contoh senyawa yang termasuk elektrolit lemah :

CH3COOH, HCOOH, HF, H2CO3, dan NH4OH
Larutan elektrolit dapat bersumber dari senyawa ion (senyawa yang mempunyai ikatan ion) atau senyawa kovalen polar (senyawa yang mempunyai ikatan kovalen polar)

Sedangkan larutan non elektrolit adalah larutan yang tidak dapat menghantarkan arus listrik dan tidak menimbulkan gelembung gas. Pada larutan non elektrolit, molekul-molekulnya tidak terionisasi dalam larutan, sehingga tidak ada ion yang bermuatanyang dapat menghantarkan arus listrik.

Contoh : larutan gula, urea

Penetralan asam basa

Mengingat asam dalam air menghasilkan ion H + dan basa dalam air akan menghasilkan ion OH -, maka bila kedua larutan dicampur ion H + akan bereaksi dengan ion OH - menghasilkan air. Larutan tidak lagi bersifat asam maupun basa, reaksi semacam ini disebut reaksi netralisasi (penetralan) yang dapat ditulis ditulis sebagai berikut:
Asam + Basa --> Garam + Air

Pada reaksi asam dan basa kosentrasi asam dan basa dapat ditentukan dengan suatu metode kuantitatif dengan cara titrasi, yaitu cara analisis tentang pengukuran jumlah larutan yang dibutuhkan untuk bereaksi dengan tepat dengan zat yang terdapat dalam larutan asam atau basa dengan ditandai adanya perubahan warna. Pada saat perubahan warna, titrasi dihentikan dan kadar asam basa dapat ditentukan dengan perhitungan stoikiometri.
a. Penetralan asam kuat oleh basa kuat

Mula-mula pH larutan naik sedikit demi sedikit, kemudian terjadi perubahan yang cukup drastis pada sekitar titik ekivalen. Titik ekivalen terjadi pada saat pH larutan 7, dimana asam dan basa tepat habis bereaksi. Untuk menunjukkan titik ekivalen dapat digunakan indikator mrtil merah, bromtimol biru atau fenolftalein. Indikator-indikator tersebut menunjukkan perubahan warna pada sekitar titik ekivalen. Fenolftalein lebih sering digunakan karena memberikan perubahan warna yang lebih tajam disekitar titik ekivalen.
b. Penetralan asam lemah oleh basa kuat

Titik ekivalen berada diatas 7, yaitu antara 8 dan 9. Lonjakan perubahan pH pada sekitar titik ekivalen lebih sempit, hanya sekitar 3 satuan, yaitu antara pH ± 7 sampai pH ± 10. Sebagai indikator digunakan fenolftalein, karena jika menggunakan metil merah akan terjadi perubahan warna sebelum tercapai titik ekivalen.
c. Penetralan basa lemah oleh asam kuat.

Titik ekivalen berada dibawah 7, lonjakan perubahan pH pada sekitar titik ekivalen lebih sempit, hanya sekitar 3 satuan, yaitu antara pH ± 7 sampai pH ± 4. Sebagai indikator digunakan metil merah (trayek ; 4,2 - 6,3)

Bagaimanakah urutan kekuatan asam dari senyawa-senyawa HCl, HClO, HClO2, HClO3, dan HClO4?

Trend kekuatan asam diatas dapat ditentukan dengan parameter berikut:

• Kekuatan asamnya akan semakin besar dengan semakin banyaknya oksigen yang terikat pada atom pusat.
• Kekuatan asam akan semakin besar dengan semakin besarnya bilangan oksidasi atom pusat (dalam kasusini adalah atom Cl)

Dengan menggunakan parameter diatas tentunya kamu sudah bisa mengurutkan kekuatan asam dari senyawaan diatas bukan? Untuk mengetahui “Kenapanya” maka anda bisa membaca keterangan berikut ini dan Struktur asam-asam tersebut adalah:

Penjelasan secara kualitatif

Menurut Bronsted-Lowry asam adalah donor proton, jadi kekuatan asam ditentukan oleh seberapa mudah suatu spesies untuk mendonorkan protonnya. Semakin mudah suatu spesies mendonorkan protonnya maka keasamannya akan semakin kuat begitu juga dengan sebaliknya. Mudah tidaknya suatu spesies asam untuk mendonorkan protonnya dapat dilihat dari seberapa besar harga Ka dan seberapa besar asam tersebut terionisasi dalam larutan.

Kita perhatikan senyawaan HClO, HClO ₂, HClO ₃, dan HClO ₄ yang terionisasi dalam air dengan reaksi sebagai berikut:

HClO + H ₂ O -> H ₃ O ⁺ + ClO ^-
HClO ₂ + H ₂ O -> H ₃ O ⁺ + ClO ₂ ^-
HClO ₃ + H ₂ O -> H ₃ O ⁺ + ClO ₃ ^-
HClO ₄ + H ₂ O -> H ₃ O ⁺ + ClO ₄ ^-

Semakin besar jumlah spesies asam yang terionisasi maka asam tersebut akan semakin kuat dan sebaliknya.

Bagaimana kita dapat menentukan asam-asam diatas, yang mana yang akan terionisasi sempurna dan mana yang terionisasi sebagian untuk dapat kita gunakan dalam menentukan kekuatan asamnya?

Cara yang dapat kita gunakan adalah dengan menentukan kestabilan anion sisa asam dalam larutan yaitu anion ClO ^-, ClO ₂ ^-, ClO ₃ ^-, dan ClO ₄ ^-. Semakin stabil anionnya maka semakin banyak asamnya terionisasi dan otomatis asamnya semakin kuat.

Bagaimana kita dapat menentukan kestabilan anion-anion tersebut?

Jawabanya adalah dengan cara melihat bagaimana anion tersebut mendistribusikan muatan negatifnya ( atau dengan kata lain melihat struktur resonansinya). Semakin banyak jumlah atom oksigen maka anion diatas semakin stabil, karena semakin banyak jumlah atom oksigen yang dapat menerima pendistribusian muatan negatifnya, hal ini juga berarti anion tersebut memiliki banyak struktur resonansi.

Sebagai ilustrasi, kita lebih ringan membawa suatu beban bersama 4 orang daripada membawa beban yang sama dengan dua orang saja. Untuk kasus diatas anggap saja bebanya adalah muatan negatif, ion ClO ₄ ^- dapat mendistribusikan muatan negatifnya pada 4 atom oksigen sedangkan ion ClO ₃ ^- hanya dapat mendistribusikan muatan negatifnya pada 3 atom oksigen, dua untuk ion ClO ₂ ^-, dan sayangnya ion ClO ^- tidak bisa mendistribusikan muatan negatifnya, sehingga ClO ₄ ^- jauh lebih stabil dibanding anion yang lain.

Dengan demikian urutan anion yang stabil diatas adalah ClO ₄ ^- >ClO ₃ ^- >ClO ₂ ^- >ClO ^- . Ingat semakin stabil anion artinya semakin banyak asam yang terionisasi sehingga kekuatan asamnya juga semakin besar oleh sebabitu urutan kekuatan asamnya dari yang terbesar adalah HClO ₄ > HClO ₃ > HClO ₂ > HClO.

Dengan melihat harga Ka/pKa
Harga pKa dari asam diatas adalah:
pKa HCl = -8
pKa HClO = 7,53
pKa HClO ₂ = 2
pKa HClO ₃ = -1
pKa HClO ₄ = -10

Semakin kecil harga pKa maka semakin kuat keasamannya, jadi menurut harga diatas maka kekuatan asamnya dari yang terbesar adalah HClO ₄ > HCl >HClO ₃ > HClO ₂ > HClO. Dari data diatas harga pKa HCl, HClO ₃, dan HClO ₄ adalah negatif disebabkan asam-asam ini adalah asam kuat. kekuatan HCl adalah bisa dikatakan hampir sama dengan HClO ₄, kemungkinan ini disebabkan karena HCl dalam bentuk larutan [HCl (aq)] bersifat sebagai senyawa ionik sehingga HCl mudah melepaskan protonnya. (HCl berupa gas merupakan asam lemah karena ikatan H-Cl dalam bentuk gas bersifat kovalen).

Note:
HCl dalam pembahasan yang pertama tidak saya sertakan disebabkan kita tidak bisa membandingkan kekuatan asam HCl secara kualittaif dengan HClO, HClO ₂, HClO ₃, dan HClO ₄ yang merupakan asam oksi. Kita lebih mudah membandingkan kekuatan keasaman HCl secara kualitatif dengan HI, HBr, atau HF.
 

Titrasi Asam Basa

Titrasi merupakan suatu metoda untuk menentukan kadar suatu zat dengan menggunakan zat lain yang sudah dikethaui konsentrasinya. Titrasi biasanya dibedakan berdasarkan jenis reaksi yang terlibat di dalam proses titrasi, sebagai contoh bila melibatan reaksi asam basa maka disebut sebagai titrasi asam basa, titrasi redox untuk titrasi yang melibatkan reaksi reduksi oksidasi, titrasi kompleksometri untuk titrasi yang melibatan pembentukan reaksi kompleks dan lain sebagainya. (disini hanya dibahas tentang titrasi asam basa)

Rumus Umum Menentukan pH Larutan Penyangga