Apa itu asam dan basa?

Dalam air murni pada 25 °C, hanya sekitar dua dari setiap satu miliar molekul yang terurai menjadi ion. Jumlah yang amat kecil inilah yang menjadi awal pembahasan asam dan basa.

Cuka, air lemon, dan asam dalam lambung memiliki rasa atau sifat masam yang tajam. Sabun, soda kue, dan pembersih oven terasa licin dan pahit. Orang sudah mengelompokkan zat ke dalam dua golongan ini jauh sebelum atom dikenal. Pada 1680, Robert Boyle menjelaskan asam sebagai larutan yang melarutkan banyak zat, mengubah warna beberapa pewarna alami, dan kehilangan sifat tersebut saat bertemu alkali. Kimiawan pada abad kedelapan belas menambahkan bahwa asam bereaksi dengan batu kapur dan melepaskan gas yang kini diketahui sebagai karbon dioksida, serta bahwa asam dan alkali bersama-sama menghasilkan zat netral.

Dari hidrogen ke hidronium

Pada 1815, Humphry Davy menunjukkan bahwa hidrogen, bukan oksigen, merupakan unsur penting dalam asam. Pada 1884, Svante Arrhenius mengajukan definisi modern pertama: asam adalah senyawa yang larut dalam air dan menghasilkan ion hidrogen, sedangkan basa adalah senyawa yang larut dalam air dan menghasilkan ion hidroksida, OH⁻. Ion hidrogen tanpa elektron hanyalah sebuah proton, dan di dalam air proton tidak pernah tetap sendirian. Proton melekat pada molekul air membentuk ion hidronium, H₃O⁺. Ketika gas hidrogen klorida larut, larutan yang disebut asam klorida itu mengandung banyak ion H₃O⁺ dan Cl⁻.

Asam memberikan proton, basa menerimanya

Pada 1923, Johannes Brønsted dan Thomas Lowry mengusulkan gagasan lebih luas yang masih digunakan kimiawan. Asam adalah donor proton dan basa adalah penerima proton. Reaksi asam-basa pada dasarnya merupakan perpindahan proton dari satu zat ke zat lain. Ketika hidrogen fluorida larut, HF memberikan proton kepada H₂O sehingga terbentuk H₃O⁺ dan F⁻. Ketika amonia larut, NH₃ mengambil proton dari H₂O sehingga terbentuk NH₄⁺ dan OH⁻. Air bertindak sebagai basa pada reaksi pertama dan sebagai asam pada reaksi kedua. Zat yang dapat melakukan keduanya disebut amfiprotik.

Setelah asam melepaskan protonnya, zat yang tersisa dapat menerima proton kembali, sehingga zat itu merupakan basa. Kimiawan menyebutnya basa konjugasi dari asam tersebut. F⁻ adalah basa konjugasi HF, dan Cl⁻ adalah basa konjugasi HCl. Sebaliknya, NH₄⁺ adalah asam konjugasi amonia. Setiap reaksi Brønsted-Lowry memiliki dua pasangan seperti ini; setiap pasangan menghubungkan asam dengan basa konjugasinya di seberang panah reaksi.

Air bertukar proton dengan sesamanya

Karena air bersifat amfiprotik, dua molekul air dapat saling bertukar proton: H₂O + H₂O ⇌ H₃O⁺ + OH⁻. Ionisasi diri ini hanya terjadi sedikit sekali. Pada 25 °C, sekitar dua dari setiap satu miliar molekul air terionisasi, menghasilkan 1.0 × 10⁻⁷ mol H₃O⁺ dan jumlah OH⁻ yang sama dalam setiap liter. Hasil kali keduanya, yaitu tetapan hasil kali ion air, adalah Kw = [H₃O⁺][OH⁻] = 1.0 × 10⁻¹⁴. Jika asam ditambahkan, [H₃O⁺] naik sementara [OH⁻] turun, sehingga hasil kalinya tetap Kw. Persamaan inilah yang mendasari seluruh skala pH pada unit berikutnya.