Menaklukkan Asam Diprotik dengan Tabel MRS

Kenalan dengan Asam Diprotik

Kalau denger kata "asam", mungkin kamu langsung kebayang zat yang ngelepasin ion $\text{H}^+$ di air. Nah, asam oksalat ($\text{H}_2\text{C}_2\text{O}_4$) ini agak spesial karena dia termasuk asam diprotik (dari kata di- = dua, proton = $\text{H}^+$).

Artinya, dia punya dua ion $\text{H}^+$ yang bisa dilepaskan. Tapi, lepasnya itu nggak langsung barengan sekaligus, melainkan satu per satu kayak nyicil!

2D-structure of Oxalic acid Gambar: 0dorkmann, CC0 — Wikimedia Commons

Coba perhatiin skema di bawah ini buat liat gimana proses "nyicil" pelepasan protonnya:

Proses ini terjadi dalam dua tahap:

  1. Tahap 1: Molekul utuh $\text{H}_2\text{C}_2\text{O}4$ ngelepasin satu $\text{H}^+$ pertamanya. Tahap ini punya nilai tetapan kesetimbangan sendiri yang disebut $K{a1}$.

  2. Tahap 2: Sisa ionnya yang masih punya satu H ($\text{HC}_2\text{O}4^-$) ngelepasin $\text{H}^+$ yang kedua. Ini punya tetapan $K{a2}$.

Karena pelepasan tahap pertama jauh lebih dominan, kita selalu menghitung tahap 1 dulu sampai beres, baru deh kita ngecek tahap 2.

Berdasarkan konsep asam diprotik, pernyataan mana yang paling tepat tentang bagaimana asam oksalat melepaskan ion hidrogennya?

  • A. Asam ini melepaskan dua H+ satu per satu, dan mayoritas H+ berasal dari pelepasan pertama.
  • B. Asam ini melepaskan kedua H+ secara bersamaan dalam satu reaksi tunggal.
  • C. Pelepasan H+ kedua menghasilkan lebih banyak ion dibandingkan pelepasan pertama.
  • D. Asam diprotik hanya bisa melepaskan satu H+ meskipun memiliki dua hidrogen.

Jawaban: A. Asam ini melepaskan dua H+ satu per satu, dan mayoritas H+ berasal dari pelepasan pertama.

Asam diprotik selalu terionisasi dalam dua tahap terpisah. Karena nilai Ka1 jauh lebih besar dari Ka2, ionisasi tahap pertama jauh lebih gampang terjadi dan menyumbang hampir seluruh H+ di dalam larutan.

Asam diprotik melepaskan proton secara bertahap dan tahap pertama (Ka1) selalu jauh lebih dominan daripada tahap kedua (Ka2).

Kerangka Sakti: Tabel M-R-S

Sebelum kita masuk ke hitungan, ada satu alat sakti yang wajib banget kamu kuasai kalau ngerjain soal kesetimbangan. Alat ini yang bakal ngebantu kamu gak bingung pas nyusun rumus. Namanya Tabel M-R-S (Mula-mula, Reaksi, Setimbang) atau kadang disebut tabel ICE (Initial, Change, Equilibrium).

Banyak yang bingung karena ngira zat di akhir reaksi jumlahnya bakal utuh sama kayak pas di awal. Padahal, namanya bereaksi, reaktan (bahan baku) pasti berkurang, dan produk (hasil) pasti bertambah.

Biar kebayang, cobain mainin slider $x$ (jumlah zat yang bereaksi) di bawah ini:

Cara pakai tabel M-R-S itu simpel banget, ikuti langkah ini:

  1. Mula-mula (M): Tulis apa yang ada di awal sebelum reaksi mulai. Biasanya asam utuhnya dikasih tau (di soal tadi $0,1\text{ M}$), sedangkan produknya (ion-ionnya) di awal masih $0$.

  2. Reaksi (R): Ini zona perubahan! Karena kita belum tau berapa banyak yang bereaksi, kita misalin aja pakai huruf $x$. Reaktan bakal berkurang (tulis $-x$), dan produk bakal bertambah (tulis $+x$). Kalau koefisien reaksinya 2, ya jadi $+2x$.

  3. Setimbang (S): Tinggal jumlahin baris M dan R dari atas ke bawah! Di sinilah kelihatan kalau asam yang tersisa itu bentuknya bukan utuh lagi, melainkan $\text{Awal} - x$.

Kalau kamu punya asam sebanyak 0,1 M di awal (Mula-mula), dan sebanyak 'x' asam tersebut bereaksi membentuk ion, berapa konsentrasi asam utuh tersebut pada saat Setimbang?

  • A. Tetap 0,1 M karena kesetimbangan mempertahankan jumlah awal.
  • B. x M, karena semuanya berubah menjadi ion.
  • C. (0,1 - x) M, karena sebagian reaktan telah berkurang berubah menjadi produk.
  • D. (0,1 + x) M, karena ada reaksi tambahan dari air.

Jawaban: C. (0,1 - x) M, karena sebagian reaktan telah berkurang berubah menjadi produk.

Di tabel MRS, reaktan (bahan baku) di baris Reaksi selalu berkurang (-x). Sehingga pada saat Setimbang, nilainya adalah Mula-mula dikurangi Reaksi, yaitu (0,1 - x) M.

Konsentrasi reaktan saat setimbang didapatkan dengan mengurangkan konsentrasi mula-mula dengan jumlah yang bereaksi (x).

Eksekusi Tahap 1 (Mencari H⁺)

Sekarang kita gabungin pengetahuan kita tentang asam diprotik tahap 1 sama Tabel M-R-S buat mecahin soal tadi.

Reaksi tahap pertama asam oksalat:$\text{H}_2\text{C}_2\text{O}_4 \rightleftharpoons \text{H}^+ + \text{HC}_2\text{O}_4^-$

Karena kita tau konsentrasi awal $\text{H}_2\text{C}_2\text{O}4$ adalah $0,1\text{ M}$, kita bisa langsung bikin tabel M-R-S-nya, trus masukin baris Setimbang (S) ke rumus tetapan $K{a1}$.

Biar gak pusing, perhatiin alurnya di bawah ini:

Nah, persamaan $6,5 \times 10^{-2} = \frac{x^2}{0,1 - x}$ itu gak bisa asal dicoret bawahnya. Karena nilai $K_{a1}$ asam oksalat ini lumayan gede ($10^{-2}$), jumlah $x$ yang terionisasi itu nggak bisa diabaikan. Artinya kita harus selesain persamaan kuadratnya.

Ini ngejawab kenapa di pilihan ganda yang bener konsentrasi $\text{H}_2\text{C}_2\text{O}_4$ adalah $0,046\text{ M}$, bukan $0,100\text{ M}$. Jangan pernah lupa ngurangin konsentrasi awal dengan si $x$!

Tentukan Benar atau Salah pernyataan mengenai perhitungan Tahap 1 berikut!

  • Nilai x yang didapat dari persamaan kuadrat Ka1 menunjukkan konsentrasi ion H+ hasil ionisasi tahap pertama. — Benar
  • Jika H+ yang terbentuk adalah 0,054 M, maka konsentrasi asam oksalat utuh saat setimbang tetap 0,1 M. — Salah

Pernyataan 1 benar: nilai x mewakili jumlah ion yang terbentuk (H+). Pernyataan 2 salah: [H2C2O4] pada setimbang adalah awal dikurang x, sehingga (0,1 - 0,054 = 0,046 M), bukan tetap 0,1 M.

Konsentrasi reaktan pada kesetimbangan selalu berkurang sebesar x dari konsentrasi awal, dan nilai x ini diwakili oleh H+ yang terbentuk.