Kekuatan asam merujuk pada kecenderungan suatu asam, disimbolkan dengan rumus kimia HA, mengalami disosiasi menjadi proton, H+, dan sebuah anion, A−. Asam kuat dalam larutan mengalami disosiasi sempurna, kecuali dalam keadaan pekatnya.
HA
⟶
H
+
+
A
−
{\displaystyle {\ce {HA -> H+ + A-}}}
Contoh
asam kuat adalah
asam klorida (HCl),
asam perklorat (HClO4),
asam nitrat (HNO3) dan
asam sulfat (H2SO4).
asam lemah hanya terdisosiasi sebagian, sehingga dalam larutannya terdapat produk disosiasi dan
asam yang tak terdisosiasi, yang keduanya berada dalam kesetimbangan.
HA
↽
−
−
⇀
H
+
+
A
−
{\displaystyle {\ce {HA <=> H+ + A-}}}
asam asetat (CH3COOH) adalah contoh
asam lemah.
Kekuatan asam lemah diukur dengan nilai konstanta disosiasi asamnya (pKa).
Kekuatan asam organik lemah tergantung pada efek substituennya.
Kekuatan asam anorganik tergantung pada tingkat oksidasi atom yang mengikat proton.
Kekuatan asam tergantung pada pelarutnya. Sebagai contoh, hidrogen klorida adalah
asam kuat dalam larutan air, tetapi menjadi
asam lemah jika dilarutkan dalam
asam asetat glasial.
Kekuatan suatu
asam biasanya diukur dari konstanta disosiasi asamnya (Ka), yang dapat ditentukan secara eksperimen melalui metode titrasi.
asam yang lebih kuat memiliki Ka yang lebih besar dan konstanta logaritma yang lebih kecil (pKa = −log Ka) daripada
asam yang lebih lemah. Semakin kuat suatu
asam, semakin mudah ia kehilangan proton, H+. Dua faktor utama yang menyumbang kemudahan mengalami deprotonasi adalah polaritas ikatan H—A dan ukuran atom A, yang menentukan
Kekuatan ikatan H—A.
Kekuatan asam juga tergantung pada kestabilan basa konjugatnya.
Sementara nilai pKa menentukan kecenderungan suatu solut
asam untuk memindahkan proton ke pelarut standar (umumnya air atau DMSO), kecenderungan pelarut
asam untuk memindahkan proton ke solut terkaitnya (biasanya basa anilin lemah) ditentukan berdasarkan fungsi keasaman Hammett, nilai H0. Meskipun kedua konsep
Kekuatan asam ini sering dianggap sebagai kencenderungan umum suatu zat mendonorkan proton, nilai pKa dan H0 mengukur sifat yang berbeda dan kadang-kadang menyimpang. Misalnya, hidrogen fluorida, ketika dilarutkan dalam air (pKa = 3,2) atau DMSO (pKa = 15), memiliki nilai pKa yang menunjukkan bahwa ia mengalami disosiasi tak sempurna dalam kedua pelarut ini, menunjukkan bahwa ia adalah
asam lemah. Namun, dalam kondisi kering, media
asam, hidrogen fluorida memiliki nilai H0 –15, membuatnya memprotonasi medium dengan
Kekuatan melebihi
asam sulfat 100%, sehingga secara definitif, ia adalah superasam. (Untuk mencegah ketidakjelasan, istilah "
asam kuat" dalam artikel ini adalah
asam yang memiliki nilai pKa < –1,74, kecuali bila disebutkan lain. Ini selaras dengan bahasa umum yang digunakan oleh para praktisi kimia).
Ketika medium
asam yang dipertanyakan adalah larutan air encer, H0 mendekati sama dengan nilai pH, yang merupakan –log dari konsentrasi H+ dalam larutan berair. pH larutan sederhana suatu
asam ditentukan oleh Ka dan konsentrasi
asam sekaligus. Untuk larutan
asam lemah, ia tergantung pada derajat disosiasi, yang dapat ditentukan melalui perhitungan kesetimbangan. Untuk larutan pekat suatu
asam, terutama
asam kuat dengan pH < 0, pengukuran nilai H0 lebih baik daripada mengukur pH-nya.
asam kuat adalah
asam yang terdisosiasi menurut reaksi berikut:
HA
+
S
↽
−
−
⇀
SH
+
+
A
−
{\displaystyle {\ce {HA + S <=> SH+ + A-}}}
dengan S mewakili molekul pelarut, seperti molekul air atau DMSO, sedemikian rupa karena konsentrasi spesies HA yang tak terdisosiasi sangat kecil untuk diukur. Untuk keperluan praktis, asam kuat dapat dikatakan terdisosiasi sempurna. Contoh asam kuat adalah asam klorida.
HCl
⟶
H
+
+
Cl
−
(
dalam
larutan
air
)
{\displaystyle {\ce {HCl\ ->\ H^{+}\ +\ Cl^{-}\ (dalam\ larutan\ air)}}}
asam apapun dengan nilai pKa yang kurang dari -2 diklasifikasikan sebagai asm kuat. Hasil ini berasal dari kapasitas dapar larutan yang sangat tinggi dengan nilai pH 1 atau kurang dan dikenal sebagai efek leveling.
Berikut adalah
asam kuat dalam larutan berair dan dimetil sulfoksida. Nilai pKa tidak dapat diukur secara eksperimen. Nilai dalam tabel berikut merupakan rata-rata dari 8 perhitungan teoritis yang berbeda
Selain itu, dalam air
asam nitrat HNO3 pKa = -1,6
asam sulfat H2SO4 (disosiasi pertama saja, pKa1 ≈ −3):(p. 171)
Senyawa berikut dapat digunakan sebagai protonator dalam kimia organik:
asam fluoroantimonat H[SbF6]
asam ajaib H[FSO3SbF5]
asam karborana H[CHB11Cl11]
asam fluorosulfat H[FSO3] (pKa = −6,4)
asam sulfonat, seperti
asam p-toluensulfonat (
asam tosilat) adalah kelas
asam okso organik kuat. Beberapa
asam sulfonat dapat diisolasi sebagai padatan. Polistirena difungsikan menjadi polistirena sulfonat adalah contoh zat yang merupakan
asam kuat padat.
asam lemah adalah zat yang terdisosiasi sebagian ketika ia dilarutkan dalam suatu pelarut. Dalam larutannya terdapat kesetimbangan antara
asam, HA, dan produk disosiasinya.
HA
↽
−
−
⇀
H
+
+
A
−
{\displaystyle {\ce {HA <=> H+ + A-}}}
Pelarutnya (air, misalnya) diabaikan dari persamaan ini jika konsentrasinya secara efektif tidak berubah akibat proses disosiasi
asam.
Kekuatan asam lemah dapat diukur melalui konstanta disosiasi, Ka, yang didefinisikan sebagai berikut, di mana [X] adalah konsentrasi gugusan kimia, X.
K
a
=
[
H
+
]
[
A
−
]
[
A
H
]
{\displaystyle K_{a}={\frac {[H^{+}][A^{-}]}{[AH]}}}
Jika nilai Ka diketahui, maka dapat digunakan untuk menentukan tingkat disosiasi dalam larutan dengan konsentrasi
asam yang diketahui, TH, dengan menerapkan hukum kekekalan massa.
T
H
=
[
H
]
+
[
H
A
]
=
[
H
]
+
K
a
[
A
]
[
H
]
=
[
H
]
+
K
a
[
H
]
2
{\displaystyle {\begin{aligned}T_{H}&=[H]+[HA]\\&=[H]+K_{a}[A][H]\\&=[H]+K_{a}[H]^{2}\end{aligned}}}
dengan TH adalah nilai konsentrasi analitik
asam. Ketika semua kuantitas dalam persamaan ini diperlakukan sebagai angka, muatan ion tidak ditunjukkan dan persamaannya menjadi persamaan kuadrat dengan nilai dari nilai konsentrasi ion hidrogen, [H].
K
a
[
H
]
2
+
[
H
]
−
T
H
=
0
{\displaystyle K_{a}[H]^{2}+[H]-T_{H}=0}
Persamaan ini menunjukkan bahwa pH suatu larutan
asam lemah tergantung pada baik nilai Ka maupun konsentrasinya. Contoh umum
asam lemah meliputi
asam asetat dan
asam fosforus.
asam seperti
asam oksalat (HOOC–COOH) dikatakan sebagai diprotik (atau berbasa dua) karena ia dapat kehilangan dua proton dan bereaksi dengan dua molekul basa sederhana.
asam fosfat (H3PO4) adalah
asam triprotik (atau berbasa tiga).
Untuk lebih jelas tentang
Kekuatan asam dapat dilihat pada artikel konstanta disosiasi
asam. Ini meliputi
asam seperti
asam diprotik
asam suksinat, yang membuat metode sederhana perhitungan pH, yang dibahas di atas, menjadi tidak dapat digunakan.
= Penentuan eksperimental
=
Penentuan nilai pKa secara eksperimen umumnya dilakukan dengan metode titrimetri. Prosedur yang biasa dilakukan sebagai berikut. Sejumlah asam kuat ditambahkan ke dalam larutan yang mengandung asam atau garam dari asam, hingga suatu titik di mana senyawa tersebut terprotonasi sempurna. Larutan kemudian dititrasi dengan basa kuat
HA
+
OH
−
⟶
A
−
+
H
2
O
{\displaystyle {\ce {HA + OH- -> A- + H2O}}}
hingga dalam larutan hanya tertinggal spesies A− yang terdeprotonasi. Pada setiap titik selama titrasi, pH diukur menggunakan elektrode kaca dan pH meter. Tetapan kesetimbangan dicari menggunakan nilai pH hitung yang sesuai dengan nilai teramati, menggunakan metode kuadrat terkecil.
= Pasangan asam/basa konjugat
=
Kadang-kadang ada pernyataan "konjugat dari
asam lemah adalah basa kuat". Pernyatan semacam ini adalah tidak tepat. Misalnya,
asam asetat adalah
asam lemah dengan Ka = 1,75 x 10−5. Basa konjugatnya adalah ion asetat dengan Kb = 10−14/Ka = 5,7 x 10−10 (dari hubungan Ka × Kb = 10−14), yang tentunya bukan merupakan basa kuat. Konjugat dari
asam lemah sering kali merupakan basa lemah dan sebaliknya.
asam dalam pelarut non-air
Kekuatan suatu
asam bervariasi sesuai pelarutnya. Suatu
asam yang kuat dalam air bisa menjadi lemah dalam pelarut yang kurang basa, dan suatu
asam yang lemah dalam air dapat menjadi kuat dalam pelarut yang lebih basa. Menurut teori
asam-basa Brønsted–Lowry, pelarut S dapat menerima proton.
HA
+
S
↽
−
−
⇀
A
−
+
HS
+
{\displaystyle {\ce {HA + S <=> A- + HS+}}}
Sebagai contoh,
asam klorida adalah basa lemah jika dilarutkan dalam
asam asetat murni, CH3COOH, yang lebih
asam daripada air.
CH
3
COOH
+
HCl
↽
−
−
⇀
CH
3
C
(
OH
)
2
+
+
Cl
−
{\displaystyle {\ce {CH3COOH + HCl <=> CH3C(OH)2+ + Cl-}}}
Tingkat ionisasi hidrogen halida menurun sesuai urutan HI > HBr > HCl.
asam asetat dikatakan sebagai pelarut pembeda untuk ketiga
asam tersebut, sedangkan air tidak.:(p. 217)
Contoh penting pelarut yang lebih basa daripada air adalah dimetil sulfoksida, DMSO, (CH3)2SO. Suatu senyawa yang merupakan
asam lemah di air dapat menjadi
asam kuat dalam DMSO.
asam asetat adalah contoh zat ini. Nilai pKa larutan dalam DMSO dan pelarut lainnya dapat dijumpai di Acidity–Basicity Data in Nonaqueous Solvents.
Superasam adalah
asam kuat meskipun dalam pelarut dengan konstanta dielektrik rendah. Contoh superasam adalah
asam fluoroantimonat dan
asam ajaib. Beberapa superasam dapat dikristalkan. Mereka juga dapat menstabilkan karbokation secara kuantitatif.
= Efek induktif
=
Dalam
asam karboksilat organik, suatu substituen elektronegatif dapat menarik densitas elektron keluar dari ikatan asamnya melalui efek induktif, menghasilkan nilai pKa yang lebih kecil. Semakin menurun efeknya, unsur elektronegatif semakin jauh dari gugus karboksilat, seperti digambarkan oleh deret
asam butanoat terhalogenasi berikut.
= Pengaruh tingkat oksidasi
=
Dalam rangkaian
asam okso suatu unsur, nilai pKa menurun sesuai tingkat oksidasi unsurnya.
asam okso dari klorin menggambarkan tren ini,:(p. 171)
† teoritis
Referensi
Pranala luar
Titration of acids - freeware untuk analisis data dan simulasi kurva titrasi potensiometri
