Titrasi asam basa

1

1. Perhitungan yang tercakup di dalamnya didasarkan pada hubungan stoikiometrik dari reaksi kimia yang sederhana

2. Analisis dengan metode titrimetrik didasarkan pada reaksi kimia seperti aA + tT --------- produk

3. Titik ekivalen = titik dimana jumlah T (titran) secara kimiawi sama dengan A (analit).

4. Titik akhir = titik dimana indikator berubah warna, atau cara lain dengan tanda lain yang menunjukkan titik akhir.

5. Reaksi yang dipergunakan untuk titrasi meliputi : asam-basa, redoks, pengendapan dan pembentukan kompleks.

2

1. Reaksi harus diproses sesuai persamaan kimiawi tertentu dan tidak boleh ada reaksi samping.

2. Reaksi harus benar-benar selesai pada titik ekivalensi. Untuk ini konstanta kesetimbangan reaksi haruslah amat besar sehingga akan ada perubahan yang besar dalam konsentrasi analit atau titran pada titik ekivalensi.

3. Harus tersedia beberapa metode untuk menentukan kapan titik ekivalen tercapai, atau harus tersedia indikator atau metode instrumental agar titik ekivalen terdeteksi.

4. Reaksi harus berjalan cepat, sehingga titrasi dapat diselesaikan dalam beberapa menit.

3

STANDAR PRIMER• Standar primer harus mempunyai karakteristik sebagai berikut :

1. Harus tersedia dalam bentuk murni, atau dalam suatu tingkat kemurnian yang diketahui. Secara umum jumlah pengotor tidak boleh melebihi 0,01 sampai 0,02%.

2. Substansi tersebut harus stabil. Harus mudah dikeringkan dan tidak terlalu higroskopis sehingga tidak banyak menyerap air selama penimbangan.

3. Standar primer diharapkan mempunyai berat ekivalen yang cukup tinggi agar dapat meminimalisasi konsekuensi galat pada saat penimbangan.

Contoh standarisasi:

Sebuah sampel Na2CO3, dengan berat 0,3542 g dilarutkan dalam air dan dititrasi dengan larutan HCl. Volume HCl yang dibutuhkan untuk mencapai titik ekivalen = 30,23 ml. Hitung molaritas dari HCl.

Reaksi yang terjadi : Na2CO3 + 2HCl ------------- NaCl + H2O + CO2

4

Penyelesaian

Pada titik ekivalen :

mmol HCl = 2 x mmol Na2CO3

VHCl x MHCl = 2 x mg Na2CO3/BM Na2CO3

30,23 x M HCl = 2 x 354,2/106,0

M HCl = 0,2211 mmol/mL

5

• Salah satu metode Titrimetri adalah Titrasi Asam Basa• Titrasi asam - basa digunakan untuk menentukan kadar analit yang bersifat

asam/basa atau zat yang dapat diubah menjadi asam/basa.• Air umumnya digunakan sebagai pelarut karena mudah diperoleh, murah,

tidak beracun dan mempunyai koefisien suhu muai yang rendah. • Penentuan titik ekivalen secara umum dapat dilakukan dengan dua metode,

yaitu dengan penambahan indikator (penambahan dilakukan sebelum titrasi) atau monitoring perubahan pH dengan pH meter selama proses titrasi berlangsung yang kemudian dilakukan plot perubahan pH terhadap volume titran. Titik tengah dari kurva titrasi tersebut merupakan titik ekivalen.

• Indikator yang dipakai dalam titrasi asam basa adalah indikator yang perubahan warnanya dipengaruhi oleh pH. Penambahan indikator diusahakan sesedikit mungkin dan umumnya adalah dua hingga tiga tetes.

• Pada saat titik ekuivalen maka mol-ekuivalent asam akan sama dengan mol-ekuivalent basa, maka hal ini dapat kita tulis sebagai berikut:mol-ekuivalen asam = mol-ekuivalen basa

• Mol ekivalen = perkalian antara Normalitas dengan volume = N x V• Normalitas = Molaritas x jumlah H+ pada asam atau OH- pada basa

6

MOLARITAS

• Molaritas = jumlah mol per liter larutan atau M = n/V

M = molaritas, n = jumlah mol dalam larutan; V = volume larutan dalam liter

n = g/BM; dimana g = gram zat terlarut; BM = berat molekul larutan

maka, M = g/BM x V atau g = M x V x BM

Contoh soal:

Hitung molaritas larutan yang mengandung 6,00 g NaCl (BM = 58,44) dalam 200 mL larutan.

M (mol/liter) = 6,00 g NaCl x 1000 mL/liter/ 58,44g/mol NaCl x 200 mL

M = 0,513 mol/liter.

7

Nama pH range Warna Tipe (sifat)

Biru timol 1,2 – 2,8

8,0 – 9,6

Merah – kuning

Kuning - biru

asam

Kuning metil 2,9 – 4,0 Merah - kuning basa

Jingga metil 3,1 – 4,4 Merah - jingga basa

Hijau bromkresol 3,8 – 5,4 Kuning - biru asam

Merah metil 4,2 – 6,3 Merah - kuning basa

Ungu bromkresol 5,2 – 6,8 Kuning - ungu asam

Biru bromtimol 6,2 – 7,6 Kuning - biru asam

Merah fenol 6,8 – 8,4 Kuning - merah asam

Ungu kresol 7,6 – 9,2 Kuning - ungu asam

Fenolftalein 8,3 - 10 t.b - merah asam

Timolftalein 9,3 – 10,5 t.b - biru asam

Kuning alizarin 10,0 – 12,0 Kuning - ungu basa

8

Indikator adalah asam dan basa organik lemah yang bentuk tak-terurainya dan bentuk ioniknya memiliki warna yang berbeda. Salah satu contoh adalah p-nitrofenol, yang merupakan asam lemah. Dalam bentuk tak-terurai p-nitrofenol tidak berwarna, tetapi anionnya, yang mempunyai suatu sistem pengubah ikatan tunggal dan ganda (sistem terkonjugasi) berwarna kuning.

Indikator fenolftalein merupakan asam diprotik dan tidak berwarna. Pada penguraian pertama masih tetap tidak berwarna dan kemudian dengan hilangnya proton kedua, menjadi ion dengan sistem terkonjugasi dan memberikan warna merah.

Metil oranye, indikator ini merupakan basa dengan warna kuning dalam bentuk molekulnya. Adanya penambahan proton menghasilkan kation berwarna merah muda.

9

• Sebagai ilustrasi kita permisalkan Indikator asam sebagai HIn dan Indikator basa sebagai In.

• Persamaan penguraiannya :

HIn + H2O H3O+ + In-

In + H2O InH+ + OH-

Tetapan penguraian dari asam = Ka = (H3O+)(In-)/(HIn)

Dalam bentuk logaritma : pH = pKa – log (HIn)/(In)

Diasumsikan molekul HIn berwarna merah dan ion In- berwarna kuning

Warna yang terlihat tergantung pada jumlah relatif kedua bentuk itu. Pada pH rendah, HIn asam menonjol sehingga akan terlihat merah. Dalam larutan ber pH tinggi, In- akan menonjol sehingga terlihat kuning. Pada nilai pH menengah dimana kedua bentuk memiliki konsentrasi hampir sama, warnanya mungkin oranye.

10

• Selanjutnya kita asumsikan pKa dari HIn adalah 5,00, dan larutan tampak berwarna merah bila rasio(HIn)/(In) sebesar 10 : 1, dan kuning bila rasionya 1 : 10 atau kurang.

• Perubahan pH minimum untuk merubah warna indikator kita sebut sebagai Δ pH. Hal ini bisa diperkirakan denganperhitungan sbb:

Kuning : pHy = pKa + log 10/1 = 5 + 1

Merah : pHr = pKa + log 1/10 = 5 – 1

Δ pH = pHy – pHr = 6 – 4 = 2

Ini berarti bahwa dibutuhkan perubahan pH sebesar 2 satuan untuk terjadinya perubahan warna dari merah ke kuning.

11

• Supaya reaksi kimia cocok untuk proses titrasi, reaksinya harus sempurna pada titik ekivalen. Semakin besar tetapan kesetimbangan, semakin sempurna reaksinya dan semakin besar perubahan pH pada titik ekivalen.

• Tetapan kesetimbangan untuk asam kuat – basa kuat sangat besar :

H3O+ + OH- 2H2O ; K = 1/Kw = 1,0 x 1014

• Konsentrasi zat yang dititrasi dan titran mempengaruhi besarnya ΔpH

• Diinginkan bahwa pH berubah 1 atau 2 satuan untuk penambahan beberapa tetes titran pada titik ekivalen, jika digunakan indikator visual.

• Contoh perhitungan:

Sebanyak 50,0 mL HA 0,10 M dititrasi dengan basa kuat 0,10 M. (a) hitung nilai K minimum agar bila 49,95 mL titran ditambahkan, reaksi antara HA dan OH- pada dasarnya sempurna dan pH berubah 2 satuan pada penambahan 2 tetes lagi (0,10 mL) titran. (b) Ulangi perhitungan untuk ΔpH = 1 satuan.

12

Solusi

(a) pH 0,05 mL di luar titik ekivalen dapat dihitung sbb:

(OH-) = 0,05 x 0,10/100,05 = 5 x 10-5 M

pOH = 4,30; pH = 9,70

Jika ΔpH sama dengan 2 satuan, pH 0,05 mL sebelum titik ekivalen harus sebesar 7,70. Pada titik ini, jika reaksi sempurna, kita hanya memiliki 0,005 mmol HA yang tidak bereaksi. Sehingga :

pH = pKa + log (A-)/(HA)

7,70 = pKa + log (4,995)/(0,005) pKa = 4,70

Ka = 2,0 x 10-5

K = Ka/Kw = 2,0 x 10-5/1,0 x 10-14 = 2,0 x 109

(b) Jika ΔpH = 1, maka

8,70 = pKa + log 4,995/0,005

pKa = 5,7; Ka = 2,0 x 10-6; K = 2,0 x 108

CONTOH PERCOBAAN TITRASI ASAM BASA

Alat dan Bahan

A. Alat :

1.       Labu erlenmayer 125 ml

2.       Pipet Volumetrik 10 ml

3.       Buret

4.       Labu ukur

5.       Statif dan Klem

6.       Corong Kecil

7.       Botol Semprot

8.       Pipet tetes

9.       Gelas Kimia 100 ml

B. Bahan :

1.       Larutan HCl 0,1 M

2.       Larutan asam cuka

3.       Larutan  NaOH 0,1 M

4.       Indikator PP

13

Cara Kerja

Percobaan A: Titrasi Asam Kuat dan Basa Kuat

1.  Diambil  sebanyak  10  ml  larutan HCl M dengan pipet volumetrik lalu dipindahkan ke dalam labu erlenmayer 125 ml

2.  Sebanyak 5 tetes indikator PP ditambahkan  ke dalam labu erlenmayer tersebut

3.  Disiapkan buret, statif dan klem

4.  Buret diisi dengan larutan NaOH 0,1 M tepat ke garis nol

5.  Kran  buret dibuka secara perlahan sehingga NaOH tepat mengalir ke dalam labu erlenmayer

6.  Titrasi dilakukan hingga didapatkan titik akhir titrasi (pink muda). Selama penambahan NaOH goyangkan labu erlenmayer agar NaOH merata ke seluruh larutan . Diamati  perubahan warna yang terjadi. Dicatat volume NaOH yang dibutuhkan untuk mencapai titik akhir titrasi.

7.  Langkah 1 dan 6 diulangi, sehingga di dapatkan dua data titrasi

14

15

Percobaan B : Titrasi Asam cuka (Asam Lemah)  dengan Basa Kuat1.Diambil 10 ml larutan asam cuka dengan pipet volumetric lalu dipindahkan ke dalam labu ukur 100 ml, tambahkan air hingga tanda batas2.Dipipet sebanyak 10 ml larutan tersebut ke dalam labu erlenmayer 125 ml, ditambahkan 5 tetes larutan indicator PP3.Titrasi dilakukan hingga di dapatkan titik akhir titrasi. Catat volume NaOH yang dibutuhkan untuk mencapai titik akhir titrasi4.Langkah 2 dan 3 diulangi, hingga diperoleh dua data titrasi

16

• Untuk menentukan bisa atau tidaknya suatu reaksi digunakan dalam titrasi, kita perlu membuat suatu kurva titrasi. Kurva ini merupakan plot antara pH atau pOH dengan mililiter titran. Kurva ini juga berguna dalam pemilihan indikator yang sesuai.

mL NaOH

pH

50

Kurva asam kuat – basa kuat

Metil merah

Bromtimol biru

Fenolftalein

KURVA TITRASI ASAM KUAT – BASA KUAT• Inilah contoh kurva titrasi yang dihasilkan ketika asam kuat (titrat) dititrasi dengan basa kuat

(titran).

• Titik ekivalen titrasi adalah titik dimana titran ditambahkan tepat bereaksi dengan seluruh zat yang dititrasi tanpa adanya titran yang tersisa. Dengan kata lain, pada titik ekivalen jumlah mol titran setara dengan jumlah mol titrat menurut stoikiometri. Pada gambar di atas, awalnya pH naik sedikit demi sedikit. Hal ini dikarenakan skala naiknya pH bersifat logaritmik, yang berarti pH 1 mempunyai keasaman 10 kali lipat daripada pH 2. Ingat bahwa log 10 adalah 1. Dengan demikian, konsentrasi ion hidronium pada pH 1 adalah 10 kali lipat konsentrasi ion hidronium pada pH 2. Kemudian naik tajam di dekat titik ekivalen. Pada titik ini, ion hidronium yang tersisa tinggal sedikit, dan hanya membutuhkan sedikit ion hidroksida untuk menaikkan pH.

17

18

• Contoh kasus:

Sebanyak 50 mL HCl 0,10 M dititrasidengan NaOH 0,10 M. Hitung pH pada awal titrasi dan setelah penambahan 10; 50; dan 60 mL titran.

(a) pH awal, HCl merupakan asam kuat dan terurai sempurna. Maka

(H3O+) = 0,10; pH = 1,0

(b) pH setelah penambahan 10,0 mL basa.

Kita mulai dengan 50,0 mL x 0,10 mmol/mL = 5,0 mmol HCl, dan

menambahkan 10,0 mL x 0,10 mmol/mL NaOH. Reaksinya :

mmol H3O+ + OH- 2H2O

Awal : 5,0 1,0

Berubah: -1,0 -1,0

Kesetimbangan: 4,0 -

19

• Reaksi selesai dengan baik, karena tetapan kesetimbangannya, K, sama dengan 1/Kw atau 1,0 x 1014. Konsentrasi H3O+ sama dengan

(H3O+) = 4,0 mmol/60,0 mL = 6,67 x 10-2 mmol/mL

pH = 2 – log 6,67 = 1,18

(c) pH pada titik ekivalen. Kita mulai dengan 50,0 mL x 0,10 mmol/mL = 5 mmol HCl dan telah menambahkan 50,0 mL x 0,10 mmol/mL = 5,0 mmol NaOH.

Reaksinya

mmol H3O+ + OH- 2H2O

Awal : 5,0 5,0

Berubah : -5,0 -5,0

Kesetimbangan - -

Kesetimbangannya : 2H2O H3O+ + OH-

dan (H3O+)(OH-) = Kw = 1,0 x 1014

Karena (H3O+) = (OH-) ------ (H3O+)2 = 1,0 x 10-14

(H3O+) = 1,0 x 10-7 ---------- pH = 7,0

20

(d) pH setelah penambahan 60,0 mL basa. Kita mulai dengan 50,0 mL x 0,10 mmol/mL = 5,0 mmol HCl dan telah menambahkan 60,0 mL x 0,10 mmol/mL = 6,0 mmol NaOH. Reaksinya :

mmol H3O+ + OH- 2H2O

Awal : 5,0 6,0

Berubah : -5,0 -5,0

Kesetimbangan : - 1,0

Konsentrasi ion OH- adalah

(OH-) = 1,0 mmol/110 mL = 9,1 x 10-3 M

pOH = 3 – log 9,1 = 2,04

pH = 14,0 – 2,04 = 11,96.

KURVA TITRASI ASAM LEMAH – BASA KUAT• Inilah kurva titrasi yang dihasilkan ketika asam lemah dititrasi dengan basa kuat:

• Kurva titrasi asam lemah dan basa kuat di atas dapat dijelaskan sebagai berikut:– Asam lemah mempunyai pH yang rendah pada awalnya.– pH naik lebih cepat pada awalnya, tetapi kurang cepat saat mendekati titik

ekivalen.– pH titik ekivalen tidak tepat 7.

• pH yang dihasilkan oleh titrasi asam lemah dan asam kuat lebih dari 7. Pada titrasi asam lemah dan basa kuat, pH akan berubah agak cepat pada awalnya, naik sedikit demi sedikit sampai mendekati titik ekivalen. Kenaikan sedikit demi sedikit ini adalah karena larutan buffer (penyangga) yang dihasilkan oleh penambahan basa kuat. Sifat penyangga ini mempertahankan pH sampai basa yang ditambahkan berlebihan. Dan kemudian pH naik lebih cepat saat titik ekivalen. 21

22

• Contoh kasus :

Sebanyak 50,0 mL larutan 0,10 M asam lemah, HB dengan

Ka = 1,0 x 10-5, dititrasi dengan NaOH 0,10 M. Hitung pH pada awal titrasi dan setelah penambahan 10,0; 50,0; dan 60,0 mL titran.

(a) pH awal. Karena HB terurai dengan lemah, menghasilkan satu B- dan satu H3O+,

HB + H2O H3O+ + B-

Kita berasumsi bahwa (H3O+) ≈ (B-)

dan (HB) = 0,10 – (H3O+) ≈ 0,10

Dengan mensubstitusikan nilai ini kedalam persamaan Ka, didapatkan

(H3O+)(B-)/(HB) = Ka ------------ (H3O+)2/0,10 = 1,0 x 10-5

(H3O+) = 1,0 x 10-3 --------------- pH = 3,00

(b) pH setelah penambahan 10,0 mL basa. Kita mulai dengan 50,0 mL x 0,10 mmol/mL = 5,0 mmol HB dan kemudian menambahkan 10,0 mL x 0,10 mmol/mL = 1,0 mmol OH-. Reaksi yang terjadi :

23

mmol HB + OH B- + H2O

Awal : 5,0 1,0 -

Berubah : -1,0 -1,0 + 1,0

Kesetimbangan : 4,0 - 1,0

Reaksi penguraian dan konsentrasi kesetimbangannya adalah:

HB + H2O H3O+ + B-

4,0/60,0 – (H3O+) (H3O+) 1,0/60,0 + (H3O+)

Karena (H3O+) kecil --------- (HB) ≈ 4,0/60,0 dan (B-) ≈ 1,0/60,0

Ka = (H3O+)(B-)/(HB) = (H3O+)(1,0/60,0) : 4,0/60,0 = 1,0 x 10-5

(H3O+) = 4,0 x 10-5 ------------------ pH = 5,0 – log 4,0 = 4,40

Cara lain: pH = pKa + log (B-)/(HB)

pH = 5,0 + log (1,0/6,0 : 4,0/60,0)------ pH = 4,40

24

(c) pH pada titik ekivalen. Kita mulai dengan 5,0 mmol HB dan menambahkan 50,0 mL x 0,10 mmol/mL = 5,0 mmol OH-. Reaksi yang terjadi :

mmol HB + OH- B- + H2OAwal : 5,0 5,0 -Berubah : -5,0 -5,0 + 5,0Kesetimbangan : - - 5,0B- adalah basa. Reaksi penguraian dan konsentrasi kesetimbangannya adalah: B- + H2O HB + OH-

5,0/100 – (OH-) (HB) (OH-)Persamaan untuk Kb :

(HB)(OH-)/(B-) = Kb = Kw/Ka = 1,0 x 10-14/1,0 x 10-5 = 1,0 x 10-9

Karena B- adalah basa lemah, kita berasumsi bahwa (OH-) kecil(B-) = 5,0/100 – (OH-) ≈ 0,05Karena penguraian menghasilkan satu HB dan satu OH- kita asumsikan :

(HB) ≈ (OH-), maka (OH-)2/0,05 = 1,0 x 10-9; (OH-) = 7,1 x 10-6

pOH = 5,15; dan pH = 8,85

25

(d) pH setelah penambahan 60,0 mL basa.

Kita mulai dengan 5,0 mL HB dan menambahkan 60 mL x 0,1 mmol/mL = 6,0 mmol OH-. Reaksi yang terjadi :

mmol HB + OH- B- + H2O

Awal : 5,0 6,0 -

Berubah : -5,0 -5,0 +5,0

Kesetimbangan : - 1,0 5,0

Ini berarti terdapat 1 mmol kelebihan OH- dan juga sedikit OH- yang dihasilkan oleh basa B- (kebalikan dari reaksi di atas)

B- + H2O HB + OH-

Namun reaksi ini dapat diabaikan karena OH- menggeser kesetimbangan kekiri. Sehingga :

(OH-) = 1,0 mmol/110 mL = 9,1 x 10-3 mmol/mL

pOH = 2,04 dan pH = 11,96

KURVA TITRASI ASAM KUAT – BASA LEMAH

• Inilah kurva titrasi yang dihasilkan ketika asam kuat dititrasi dengan basa lemah:

• Kurva titrasi asam kuat dan basa lemah di atas dapat dijelaskan sebagai berikut:– Asam kuat mempunyai pH yang rendahi pada awalnya.– pH naik perlahan saat permulaan, namun cepat saat mendekati titik ekivalen.– pH titik ekivalen tidak tepat 7.

• Titik ekivalen untuk asam kuat dan basa lemah mempunyai pH kurang dari 7.

26

• Contoh:

Reaksi antara 25 ml HCl 0,1 M dengan NH3 0,1 M (Kb = 10-

5). Reaksinya sebagai berikut :

HCl(aq) + NH3(aq) ---->NH4Cl(aq)

• Sebelum penambahan NH3, pH =1, setelah penambahan 10 ml NH3, pH =1,37

• penambahan 25 ml NH3, pH=5,15 yang merupakan titik ekuivalen. Penambahan 26 ml NH3, pH berubah sedikit, yaitu 6,1.

• Penambahan sedikit basa maka pH garam hamper tidak berubah, sehingga merupakan larutan penyangga. Titik ekuivalen terjadi pada pH<7,>karena garam yang terbentuk mengalami hidrolisis sebagian yang bersifat asam.

27

KURVA TITRASI ASAM LEMAH – BASA LEMAH

• Kurva titrasi asam lemah dan basa lemah adalah sebagai berikut:

• Asam lemah dan basa lemah pada gambar di atas tidak menghasilkan kurva yang tajam, bahkan seperti tidak beraturan. Dalam kurva titrasi asam lemah dan basa lemah, ada sebuah titik infleksi yang hampir serupa dengan titik ekivalen.

28

• Contoh:

Reaksi antara 25 ml HC2H3O2 0,1 M (Ka= 1,74.10-5) dengan NaOH 0,1 M.Reaksi : HC2H3O2(aq) +NaOH(aq) ---> C2H3O2Na(aq) + H2O(l)

• Penambahan 10 ml NaOH pH berubah menjadi 4,58, penambahan 25 ml terjadi titik ekuivalen

• Pada pH = 8,72. Penambahan 26 ml NaOH pH =10,29. Pada grafik diatas,

• penambahan sedikit basa, maka pH akan naik sedikit, sehingga termasuk larutan penyangga. Titik ekuivalen diperoleh pada pH >7. Hal itu disebabkan garam yang terbentuk mengalami hidrolisis sebagian yang bersifat basa.

29