topik hsab

Upload: nur-farida-grafiana

Post on 09-Oct-2015

141 views

Category:

Documents


4 download

DESCRIPTION

hsab

TRANSCRIPT

  • Sistematika Teori Asam Basa

    Yuni Krisnandi

  • I. Keasaman BrnstedAsam Brnsted: proton donor

    HF(aq) + H2O(l) H3O+ (aq) + F (aq)Basa Brnsted: proton akseptor

    H2O(l) + NH3(aq) NH4(aq) + OH (aq) Kesetimbangan proton transfer dalam air

    HF(aq) + H2O(l) H3O+ (aq) + F (aq) H2O(l) + NH3(aq) NH4(aq) + OH (aq)

    Proton transfer antara asam dan basa berlangsung cepat di kedua arah. Fitur sentral dari kimia asam-basa Brnsted dalam larutan air adalah tercapainya dengan cepat kesetimbangan proton transfer.

    a) Asam basa KonyugasiAsam1 + Basa2 Basa1 + Asam2 Basa1 adalah Basa Konyugasi Asam1Asam2 adalah Asam Konyugasi Basa2

  • b) Kekuatan Asam BrnstedDalam larutan aqueous dinyatakan dengan Tetapan Keasaman (atau

    tetapan ionisasi asam), Ka :HF(aq) + H2O(l) H3O+ (aq) + F (aq)

    Ka

  • b) Kekuatan Asam Brnsted Nilai eksperimental Kw = 1.00 x 10-14 pada 25oC, hanya sejumlah

    kecil molekul air terdapat sbg ion dalam air murni. Fungsi penting dari tetapan protolysis ini: membuat kita dapat

    menyatakan kekuatan basa sebgai kekuatan dari asam konyugasinya. Sehingga harga Kb untuk tetapan jika dihubungkan dengan nilai Ka untuk kesetimbangan:NH4+(aq) + H2O(l) H3O+(aq) + NH3(aq) Ka.Kb = Kw

    pH = -log[H3O+] pK = -Log KpKa + pKb = pKw

    Kekuatan asam Brnsted diukur dari tetapan keasamannya, dan kekuatan basa Brnsted diukur dengan tetapan kebasaannya. Makin kuat suatu basa, makin lemah asam konyugasinya.

  • c) Asam dan basa kuat dan lemah

    Lihat tabel 5.1 hlm 146 Asam kuat: bila pKa < 0 ( Ka >1 dan Ka >>1) kesetimbangan

    transfer proton lebih menyukai posisi mendonorkan proton ke air. asam kuat dalam air terdeprotonasi sempurna contoh: HCl, dalam air terdapat spesi: H3O+, Cl-, dan >HF

    Basa kuat: spesi yang terprotonasi sepenuhnya dalam air. contoh: oksida O2- yang langsung terkonversi menjadi ion OH- dalam air.

    Basa lemah: spesi yang terprotonasi sebagian dalam air. contoh: NH3, dalam air terdapat sbg spesi: NH3 dan sebagian kecil NH4+.

  • d) Asam poliprotik

    Senyawa yang dapat mendonorkan lebih dari satu proton. Contoh: H2S asam diprotik, 2 tahap pendonoran proton, dan 2

    tetapan asam:H2S(aq) + H2O(l) HS-(aq) + H3O+(aq)

    HS-(aq) + H2O(l) S2-(aq) + H3O+(aq)

    Ka1 = 9.1 x 10-8 (pKa1 = 7.04),Ka2 10-19 (pKa2 19).Kenapa??

    ][]][[K

    2

    3a1 SH

    HSOH +=

    ][]][[K

    23

    a2

    +

    =

    HSSOH

  • II. Perataan pelarut (Solvent leveling) Suatu asam yang bersifat lemah dalam air dapat menjadi kuat

    dalam pelarut yang merupakan akseptor proton yang lebih kuat. Tapi dalam pelarut basa yang lebih kuat seperti NH3(l), akan sulit

    untuk menyusun deret asam berdasarkan kekuatan asamnya karena semuanya akan terdeprotonasi.

    Demikian juga dengan basa.. Suatu basa yg bersifat lemah dalam air dapat menjadi kuat dalam

    pelarut yang merupakan penyumbang proton yang lebih kuat dari air (seperti asam asetat anhidrat).

    Sama seperti asam, sulit untuk menyusun deret basa berdasarkan kekuatan basanya dalam pelarut yang menyebabkan semua basa tsb terprotonasi.

    Sehingga.. Tetapan autoprotolisis dari pelarut memegang peranan penting untuk menentukan range dari kekuatan asam atau basa yang dapat dibedakan untuk spesi yang larut di dalam pelarut tsb.

  • Air adalah pelarut yang memiliki efek perataan / leveling effect: Setiap asam yg lebih kuat daripada H3O+ akan mendonorkan 1 proton

    kepada H2O dan membentuk H3O+. Sehingga.. Tidak ada asam yang >> H3O+ akan tetap terprotonasi

    dalam air. Contoh: dalam air, HI dan HBr tidak karena berbeda kekuatan asamnya karena keduanya memberikan proton mereka untuk membentuk H3O+. Aiebabkan semua dikatakan memiliki efek perataan yang menyebabkan semua asam yg lebih kuat turun kekuatan asamnya menjadi sama dgn H3O+.

    Untuk membedakan kekuatan asam HI dan HBr harus digunakan pelarut yang lebih lemah kebasaannya, e.g. asam asetat.Dalam asam asetat: HI adalah proton donor yg lebih kuat daripada HBr

    Efek perataan asam dapat dinyatakan dgn pKa dari asam tsb. Contoh: HCN dilarutkan dalam pelarut, HSol; HCN adalah asam kuat

    bila pKa

  • Sehingga semua asam dengan pKa1) menunjukkan keasaman dari H2Sol+ ketika dilarutkan dalam pelarut HSol.

    Sama halnya dengan basa: Efek perataan basa dapat dinyatakan dgn pKa dari basa tsbNH3(sol) + HSol(l) NH4+(sol) + Sol-(sol)

    Semua basa dgn pKb 1) bersifat seperti Sol- dalam HSol. Karena pKa+pKb = pKsol, kriteria untuk perataan dapat dinyatakan sbb:

    semua basa dgn pKa > pKsol akan bersifat sama dengan Sol- dalam pelarut HSol.

    Semua asam diratakan bila pKapKsol.Akibatnya: dalam pelarut yg sama, jendela kekuatan asam/basa tidak diratakan dalam larutan pada rentang: pKa=0 sampai pKsol.

    Suatu pelarut dgn tetapan autoprotolisis yang besar dapat digunakan untuk diksriminasi/membedakan range yg lebar dari kekuatan asam dan basa.

    Perataan pelarut (Solvent leveling)

    ][]][[K

    3

    4b NH

    SolNH +=

  • Perataan pelarut (Solvent leveling)

  • III. Kecenderungan periodik keasaman Brnsted

    Fokus pada asam basa Brnsted dalam air. Kelas terbesar dari asam dalam air mengandung spesi yg

    mendonorkan proton dari gugus OH yang menempel pada atom pusat.

    Proton tsb dinamakan proton asam (acidic proton), berbeda dgn proton lainnya yg terdapat dalam molekul, e.g. nonacidic proton metil dalam CH3COOH.

    Terdapat 3 kelas asam:1. Asam akua (aqua acid): proton asam terdapat pada molekul air

    terkoordinasi pada ion metal pusat.E(OH2)(aq) + H2O(l) E (OH)-(aq) + H3O+(aq)[Fe(OH2)6]3+(aq) + H2O(l) [Fe(OH2)5(OH) ]2+(aq)

    + H3O+(aq)

  • Ketiga kelas dari asam ini dapat dianggap tahapan dalam deprotonasi asam aqua:H2O-E-OH2 HO-E-OH2- HO-E=O3-

    Asam akua adalah karakteristik dari atom pusat dgn tingkat oksidasi rendah, dari logam blok-s dan -d pada bagian kiri blok-p.

    Asam okso biasa ditemukan di mana unsur pusat dari berada dlm tingkat oksidasi tinggi. Unsur di sebelah kanan blok-p pada satu dari tingkat oksidasi intermediatenya dapat pula menghasilkan asam okso, contoh: HClO2

    Kecenderungan periodik keasaman Brnsted

    -2H+ -H+

    1. Asam hidrokso: proton asam terdapat pada gugus hidroksil tanpa grup oxo (=O) tetangga, eg.: Si(OH)4

    2. Asam okso: proton asam adalah gugus hidroksil dengan grup okso menempel pada atom yang sama.eg.: Sulfuric acid, H2SO4 / (O2S(OH)2

  • 1. Trend Periodik dalam kekuatan asam aqua Kekuatan asam aqua biasanya meningkat

    dengan meningkatnya muatan positif dari ion logam pusat dan dengan menurunnya jari-jari ion.

    pKa fase gas kerja untuk melepaskan 1 proton ke infinity dari jarak yg setara dgn jumlah jari2 ion, r+, dan diameter molekul air, d. Karena proton lebih mudah dilepaskan dari sekitar kation dgn muatan tinggi dan jari2 kecil, model meramalkan keasaman harusnya meningkat dgn meningkatnya z dan berkurangnya r+, secara kasar sbg parameter elektrostatik: = z2/(r+ + d).

    Tren dalam fasa gas ini dapat pula diaplikasikan dalam larutan bila efek pelarutan tetap.

    Pengecualian biasanya disebabkan oleh adanya efek ikatan kovalen

  • 2. Asam Okso sederhana Asam okso paling sederhana adalah asam mononuklir, yg

    mengandung 1 atom dari unsur induk. Contoh: H2CO3, HNO3, H3PO4 dan H2SO4.

    Asam okso tsb terbentuk dari unsur elektronegatif pada kanan atas tabel periodik dengan unsur lainnya pada tingkat oksidasi tinggi (Tabel 5.2).

    a. Asam okso tersubtitusi Satu atau lebih gugus OH dapat digantikan oleh gugus lain, contoh:gugus OH pada H2SO4 dapat digantikan oleh gugus F- menjadi O2SF(OH), asam fluorosulfat atau gugus NH2- menjadi O2S(NH2)OH asam aminosulfat.Bagaimana kekuatan asam okso tersubtitusi tsb? tergantung dari kekuatan menarik elektron dari gugus subtitusi tsb.

  • a. Aturan Pauling1. Untuk asam okso OpE(OH)q, pKa 8 5p2. pKa selanjutnya dari asam poliprotik (q.1), naik 5 unit untuk setiap transfer proton berikutnya.

    c. Anomali strukturalKegunaan yg menarik dari aturan Pauling adalah untuk mendeteksi anomali struktural.

    e.g. asam carbonat, OC(OH)2, dilaporkan memiliki pKa1=6.4, tapi aturan Pauling meramalkan pKa1=3. pKa1 sebenarnya ~3.6.

    Mengapa demikian? hlm 153

  • 3. Pembentukan Asam poliokso

    Satu dari aspek paling penting dari kereaktifan asam yg mengandung gugus OH adalah pembentukan polimer kondensasi.

    Pembentukan polikation dari kation aqua sederhana terjadi dengan hilangnya ion H3O+:2[Al(OH2)6]3+(aq) [(H2O)5Al(OH)Al(OH2)5]5+(aq) + H3O+(aq)

    Pembentukan polianion dari anionokso terjadi dgn protonasi satu atom O dan keluar sbg H2O:2[CrO4]2-(aq) + 2 H3O+(aq) [O3CrOCrO3]2-(aq) + 3 H2O(l)

    1. Polimerisasi ion aqua menjadi polikation hlm 1562. Anion Poliokso hlm 157-158

  • IV. Konsep asam basa non-proton1. Konsep Lux-Flood (Huheey)Definisi: sifat asam dan basa digambarkan dengan pendekatan ion

    oksida. Konsep ini untuk menerangkan sistem non-proton yang tidak dapat

    diakomodasi oleh definisi asam-basa Brnsted-Lowry. Contoh:1. Reaksi pelelehan anorganik suhu tinggi

    CaO + SiO2 CaSiO3 CaO = oksida donorBasa asam SiO2 = oksida akseptor

    2. CaO + H2O Ca(OH)2 (basa)CO2 + H2O H2CO3 (asam)

    Reaksi CaO dan CO2 dapat langsung tanpa pelarut dan dianggap reaksi asam-basa.

    CaCO3 + 2H2O (netralisasi !)

    CaO + CO2 CaCO3

  • Oksida anhidrat Oksida asam: bila dilarutkan dalam air, mengikat H2O dan melepaskan

    proton ke pelarut sekitarnya (biasanya terbentuk dari unsur2 nonlogam)

    Oksida basa: oksida tempat suatu proton ditransfer ketika dilarutkan ke dalam air (biasanya terbentuk dari unsur2 logam)

  • 2. Sistematika asam-basa Lewis Asam : akseptor pasangan elektron; basa adalah : donor pasangan

    elektron. Prinsip dasar dan jenis reaksi asam-basa Lewis Definisi ini berlaku bagai Brnsted-Lowry, sebagai kasus khusus:

    proton adalah akseptor pasangan elektron ( asam Lewis) OH-, NH2-, HSO4- adalah donor elektron ( basa Lewis)

    Contoh asam dan basa Lewis1. Kation logam dapat berikatan pada pasangan elektron yg diberikan

    oleh basa dalam senyawa koordinasie.g.: hidrasi dari Co2+

    1. Sebuah molekul dengan oktet tdk lengkap dapat melengkapi oktet tsb dengan menerima pasangan elektrone.g.: reaksi B(CH3)3 + NH3

  • 1. Molekul / ion dengan oktet lengkap dapat mengatur kembali elektron valensinya dan menerima pasangan elektron tambahan

    1. Molekul atau ion dapat mengembangkan kulit valensinya untuk menerima pasangan elektron lainnya. halida dari unsur blok-p yg lbh berat, SiX4, AsX3, PX5

    1. Molekul kulit-tertutup (closed-shell) mungkin dapat menggunakan orbital molekul antibonding yg tidak terisi untuk menampung pasangan elektron yg datang

    II

    O

    C

    O

    II

    +

    OHII

    O

    C

    O

    I

    OH

    F

    FF

    FSi + 2 (:F-)

    F

    FF

    FSi

    F Fasam

    basa

    NC CN

    NC CNasam

  • Asam grup boron dan carbonMolekul planar BX3 dan AlX3 memiliki oktet tak lengkap, dan orbital p yg

    kosong tegak lurus thd bidang dapat menerima pasangan elektron dari basa Lewis:

    Boron halida

    Urutan kestabilan termodinamik kompleks dari :N(CH3)3 dengan BX3 adalah BF3 < BCl3

  • Aluminium halida Aluminium Klorida (Al2Cl6) katalis asam Lewis untuk reaksi

    organik. Reaksi paling terkenal: alkilasi Friedel-Crafts.Kompleks silikon dan timah Silikon dan germanium halida bertindak sebagai asam Lewis dgn

    menjadi koordinasi lima atau enam. Timah(II) klorida adalah asam Lewis juga basa Lewis

    Asam grup boron dan carbon

    Asam grup nitrogen dan oksigen

    SbF5 asam Lewis yang penting dari grup nitrogen (hlm 162) Bisa menghasilkan asam Brnsted paling kuat [H2F]+

    Menghasilkan asam super (superacid) campuran yg dapat memprotonasi hampir semua senyawa organik.

    SO2, SO3 dapat bertindak sbg asam Lewis, dan basa Lewis yg lemah (hlm 163-164)

  • Asam-basa keras dan lunak (HSAB)a) Klasifikasi asam dan basa- Terbukti cukup membantu ketika

    mempertimbangkan interaksi unsur-unsur yang mengandung asam dan basa Lewis yang diturunkan dari tabel unsur untuk dibagi menjadi 2 kelas utama.

    - Kedua kelas tsb diidentifikasi secara empiris dgn urutan berlawanan dari kekuatan (diukur dari tetapan kesetimbangan pembentukan kompleksnya, Kf) membentuk kompleks dgn basa ion halida:

    Ikatan asam keras (hard acids bond) I-< Br -

  • Kation basa keras membentuk kompleks dimana interaksi Coulomb sederhana lebih dominan

    Kation basa lunak membentuk kompleks di mana ikatan kovalen lebih penting

    Untuk asam dan basa molekular yg netral, klasifikasi HSAB pun dapat diterapkan Ikatan asam keras: R3P

  • Klasifikasi asam basa Lewis

    Konsep keras dan lunak ini membantuk untuk merasionalisasikan kimia anorganik.e.g. Menjelaskan Klasifikasi Goldschmidt 4 tipe unsur. 2 kelas di antaranya: unsur litophile dan unsur chalcophile hlm 168-169

  • Termodinamika parameter keasaman Alternatif penting dari klasifikasi keras-

    lunak dari asam dan basa menggunakan pendekatan: pengaturan ulang elektronik, struktural dan efek sterik yang digabungkan ke dalam 1 set parameter.

    Contoh dari pendekatan ini membuat parameter dari entalpi reaksi standar dari pembentukan kompleks:A(g) + :B(g) A-B(g) rH (A-B)

    Nilai rH untuk reaksi seperti itu dapat direproduksi dengan persamaan Drago-Wayland- rH (A-B)/(kJmol-1) = EAEB + CACBE = faktor elektrostatic/ionic, C = faktor kovalen

  • Reaksi Heterogen asam basa Permukaan dari berbagai material katalis dan mineral memiliki

    pusat-pusat asam Brnsted dan asam Lewis

    Sistematika Teori Asam BasaI. Keasaman BrnstedSlide 3Slide 4c) Asam dan basa kuat dan lemahSlide 6d) Asam poliprotikII. Perataan pelarut (Solvent leveling)Perataan pelarut (Solvent leveling)Slide 10Slide 11III. Kecenderungan periodik keasaman BrnstedKecenderungan periodik keasaman Brnsted1. Trend Periodik dalam kekuatan asam aqua2. Asam Okso sederhanaSlide 163. Pembentukan Asam polioksoIV. Konsep asam basa non-protonOksida anhidrat2. Sistematika asam-basa LewisSlide 21Asam grup boron dan carbonSlide 23Asam-basa keras dan lunak (HSAB)Slide 25Klasifikasi asam basa LewisTermodinamika parameter keasamanReaksi Heterogen asam basa