Asam organik sebagai asam lemah
Sebagai tujuan dari
topik ini, kita akan melihat definisi dari asam sebagai “substansi yang
memberi ion (proton) ke yang lain”. Dapat dilihat bagaimana mudahnya
asam melepas ion hidrogen ke molekul air saat mereka larut dalam air.
Asam pada larutan memiliki kesetimbangan sebagai berikut:
Sebuah atom hidroksinium dibentuk bersama-sama dengan anion (ion negative) dari asam.
Persamaan ini kadang-kadang disederhanakan dengan menghilangkan air untuk menekankan ionisasi dari asam.
Jika anda menuliskan seperti ini, anda harus memasukkan simbok – “(aq)”. Dengan menuliskan H+(aq) mengartikan bahwa molekul hidrogen berikatan dengan air sebagai H3O+. Ion hidrogen selalu berikatan dengan sesuatu pada saat reaksi kimia.
Maksud
dari asam organik merupakan asam lemah adalah karena ionisasi sangat
tidak lengkap. Pada suatu waktu sebagian besar dari asam berada di
larutan sebagai molekul yang tidak terionisasi. Sebagai contoh pada
kasus asam etanoik, larutan mengandung 99% molekul asam etanoik dan
hanya 1 persen yang benar benar terionisasi. Posisi dari kesetimbangan
menjadi bergeser ke arah kiri.
Membandingkan kekuatan asam lemah
Kekuatan asam lemah diukur dengan skalapKa. Semakin kecil semakin kuat tingkat keasamannya.
Dibawah ini merupakan 3 buah senyawa dan nilai pKa mereka.
Ingat semakin kecil pKa
semakin tinggi tingkat keasaman. Bandingkan dengan dua asam etanoik
yang lain anda akan melihat bahwa phenol sangat lemah dengan pKa 10.00, dan etanol lebih lemah lagi pKa sekitar16 sehingga tidak dapat dianggap lagi sebagai asam.
Mengapa asam-asam tersebut asam?
Dalam
setiap kasus, ikatan antara oksigen dan oksigen pada -OH terputus.
Sehingga hanya sisa molekul yang dilambangkan sebagai “X”:
Jadi
bila ikatan yang sama putus dalam setiap kasus, mengapa ketiga contoh
senyawa diatas menghasilkan tingkat asam yang berbeda beda?
Faktor-faktor yang harus diperhatikan
Dua faktor yang mempengaruhi ionisasi dari asam adalah:
- Kekuatan dari ikatan yang diputuskan,
- kestabilan ion yang terbentuk.
Dalam
kasus ini, anda memutus ikatan dari molekul yang sama (antara O dan H)
jadi bisa dianggap kekuatan ikatan yang diputuskan adalah sama.
Faktor
yang paling penting dalam menentukan kekuatan relatif dari molekul
adalah pada sifat dari ion ion yang terbentuk.Anda selalu mendapatkan
ion hidroksinium jadi anda tidak perlu membandingkan itu. Yang perlu
andabandingkan adalah sifat dari anion (ion negatif) yang berbeda-beda
pada setiap kasus.
Asam Etanoik
Asam etanoik memiliki struktur:
Hidrogen
yang mengakibatkan sifat asam adalah hidrogen yang terikat dengan
oksigen. Saat asam etanoik terionisasi terbentuklah ion etanoat, CH3COO-.
Anda mungkin menyangka bahwa struktur dari ion etanoat adalah seperti
dibawah ini, namun dari pengukuran panjang ikatan menunjukkan bahwa
ikatan karbon dengan kedua oksigen memiliki panjang yang sama. Dengan
panjang berkisar antara panjang ikatan tunggal dan ikatan rangkap..
Untuk menjelasakan mengapa, anda harus melihat ikatan ion etanoat secara detail.
Sama
seperti ikatan rangkap yang lain, ikatan karbon oksigen dibuat di dua
bagian yang berbeda. Sepasang elektron ditemukan pada garis diantara dua
nukleus yang disebut sebagai ikatan sigma. Sepasang elektron yang lain
ditemukan diatas dan dibawah dari bidang dalam bentuk ikatan pi. Ikatan
pi dibuat dari overlap orbital p antara karbon dan oksigen.
Pada
ion etanoat, Salah satu dari elektron bebas dari oksigen yang negarif
berada pada keadaan hampir pararel dengan orbita;-orbital p tersebut dan
mengakibatkan overlap antara atom oksigen yang lain dan atom karbon .
Sehingga terjadi delokalisasi sistem pi dari keseluruhan -COO- namun tak seperti yang terjadi pada benzene.
Semua atom bebas dari oksigen telah di hilangkan dari gambar untuk lebih sederhana.
Karena
Hidrogen lebih elektronegatif dari karbon, delokalisasi sistem terjadi
sehingga elektron lebih lama berada pada daerah atom oksigen.
Lalu dimana letak muatan negatif dari keseluruhan molekul? Jwabannya adalah tersebar diantara keseluruhan molekul -COO- ,namun dengan kemungkinan terbesar menemukannya pada daera antara kedua atom oksigen.
Semakin
anda menyebarkan muatan, semakin stabil sebuah ion. Atau pada kasus
ini, jika anda mendelokalisasikan muatan negatif ke beberapa atom,
muatan tersebut akan menjadi lebih tidak tertarik ke ion hidrogen
kecenderungan membentuk ulang asam etanoik pun berkurang.
Ion etanoat dapat digambarkan secara sederhana sebagai:
Garis
putus-putus mewakili delokalisasi. Muatan negatif ditulis ditengah
untuk menggambarkan bahwa muatan tersebut tidak terlokalisasi pada salah
satu atom oksigen.
Fenol
Fenol memiliki -OH terikat pada rantai benzennya.
Saat ikatan hidrogen-oksigen pada fenol terputus, anda mendapatkan ion fenoksida , C6H5O-.
Delokalisai
juga terjadi pada ion ini. Pada saat ini, salah satu dari antara
elektron bebas dari atom oksigen overlap dengan elektron dari rantai
benzen.
Overlap
ini mengakibatkan dislokalisasi. Dan sebagai hasil muatan negatif tidak
hanya berada pada oksigen tetapi tersebar ke seluruh molekul.
Lalu
mengapa fenol lebih lemah daripada asam etanoik? Pada ion etanoat,
delokalisasi terpusat pada daerah antara 2 atom oksigen.Sistem yang
terdelokalisasi membagi muatan negatif diantara kedua atom oksigen.
Tidak ada oksigen yang lebih kuat menarik hidrogen ion.
Pada ion
fenoksida, atom oksigen tunggal masih merupakan yang paling
elektronegatif dan sistem yang terdelokalisasi terpusat pada daerah
oksigen tersebut. Sehingga atom oksigen memiliki muatan yang paling
negatif, walaupun sebenarnya tidak memiliki muatan sebanyak itu apabila
delokalisasi tidak terjadi.
Delokalisasi membuat ion fenoksida
lebih stabil dari seharusnya sehingga fenol menjadi asam. Namun
delokalisasi belum membagi muatan dengan efektif. Muatan negatif
disekitar oksigen akan tertarik pada ion hidrogen dam membuat lebih
mudah terbentuknya fenol kembali. Sehingga itu fenol merupakan asam yang
sangat lemah.
Etanol
Etanol, CH3CH2OH,
merupakan asam yang sangat lemah sampai sampai-sampai anda bisa
menganggapnya bukan sebagai asam. Jika ikatan oksigen dan hidrogen
terputus dan melepaskan ion, ion etokside terbentuk.
Tidak
ada cara untuk mendelokalisasi ikatan negatif yang terikat kuat dengan
atom oksigen. Muatan negatif tersebut akan sangat menarik atom hidrogen
dan etanol akan dengan mudah terbentuk kembali.
Anda
mungkin akan berpikir bahwa semua asam karboksilik mempunyai kekuatan
yang sama karena memiliki delokalisasi yang sama di sekitar -COO- untuk membuat ion lebih stabil dan lebih tidak mudah terikat dengan ion hidrogen.
Namun kenyataan yang ada asam karboksilik memiliki berbagai variasi keasaman.
| pKa | |
| HCOOH | 3.75 |
| CH3COOH | 4.76 |
| CH3CH2COOH | 4.87 |
| CH3CH2CH2COOH | 4.82 |
Perlu diingat bahwa semakin tinggi pKa,
semakin lemah sebuah asam. Mengapa asam etanoik lebih lemah dari adam
metanoik? Semuanya tergantung pada stabilitas dari anion yang terbentuk.
Kemungkinan untuk mendislokalisasikan muatan negatif. Semakin
terdislokalisasi, semakin stabil ion tersebut dan semakin kuat sebuah
asam.
Ion metanoat dari asam metanoik:
Satu-satunya perbedaan antara ini dan ion etanoat adalah kehadiran CH3 pada etanoat. Alkil mempunyai kecenderungan mendorong elektron menjauh sehingga betambahnya muatan negatif pada -COO-
. Penambahan muatan membuat ion lebih tidak stabil karena membuatnya
lebih mudah terikat dengan hidrogen. Sehingga asam etanoik lebih lemah
daripada asam metanoik.
ALkil
yang lain juga memiliki efek “mendorong elektron” sama seperti pada
metil sehingga kekuatan asam propanoik dan asam butanoik mirip dengan
asam etanoik.
Asam dapat diperkuat dengan menarik muatan dari -COO- . YAnda dapat melakukan hal ini dengan menambahkan atom elektronegatif seperti klorida pada rantai.
Pada tabel berikut, diperlihatkan semakin anda mengikatkan klorin semakin asam molekul.
| pKa | |
| CH3COOH | 4.76 |
| CH2ClCOOH | 2.86 |
| CHCl2COOH | 1.29 |
| CCl3COOH | 0.65 |
Asam Trikloroetanoik Tmerupakan asam yang cukup kuat.
Mengikatkan
halogen yang berbeda juga membuat perbedaan. Florin merupakan atom
paling elektronegatif sehingga anda dapat menebak bahwa dengan florin
semakin tinggi tingkat keasaman.
| pKa | |
| CH2FCOOH | 2.66 |
| CH2ClCOOH | 2.86 |
| CH2BrCOOH | 2.90 |
| CH2ICOOH | 3.17 |
| Permasalahan : Mengapa pada asam etanoik, Hidrogen yang menyebabkan sifat asam adalah hidrogen yang terikat dengan oksigen, apa tidak mungkin hidrogen yang berasal dari CH3 yang memberikan sifat asam ? | |