Asam dan basa adalah dua golongan zat kimia yang sangat umum ditemukan di sekitar kita. Sebagai contoh, cuka, asam sitrun, dan asam dalam lambung tergolong asam, sedangkan kapur sirih dan soda api tergolong basa. Asam dan basa memiliki sifat-sifat yang berbeda. Pada mulanya, asam dan basa dibedakan berdasarkan rasanya, di mana asam terasa masam sedangkan basa terasa pahit dan licin seperti sabun. Namun, secara umum zat-zat asam maupun basa bersifat korosif dan beracun — khususnya dalam bentuk larutan dengan kadar tinggi — sehingga sangat berbahaya jika diuji sifatnya dengan metode merasakannya.

Seiring perkembangan ilmu pengetahuan dan teknologi, pembedaan asam dan basa pun dapat dilakukan dengan menggunakan indikator seperti kertas lakmus dan indikator universal ataupun instrumen pH meter. Larutan asam akan memerahkan kertas lakmus biru, sedangkan larutan basa akan membirukan kertas lakmus merah. Pada pengujian zat dengan pH meter, larutan asam akan menunjukkan pH lebih kecil dari 7, sedangkan larutan basa akan menunjukkan pH lebih besar dari 7. Larutant dengan pH sama dengan 7 disebut netral.

Namun demikian, apakah yang menentukan suatu senyawa bersifat asam atau basa? Definisi asam dan basa pun akhirnya menjadi rumusan masalah bagi para ahli selama ratusan tahun. Dari berbagai teori definisi asam basa yang pernah diajukan, terdapat tiga teori yang sangat bermakna, antara lain teori asam basa Arrhenius, teori asam basa Brønsted–Lowry, dan teori asam basa Lewis.

Teori Asam Basa Arrhenius

Teori ini pertama kalinya dikemukakan pada tahun 1884 oleh Svante August Arrhenius. Menurut Arrhenius, definisi dari asam dan basa, yaitu:

• asam adalah senyawa yang jika dilarutkan dalam air melepaskan ion H⁺.
• basa adalah senyawa yang jika dilarutkan dalam air melepaskan ion OH⁻.

Gas asam klorida (HCl) yang sangat larut dalam air tergolong asam Arrhenius, sebagaimana HCl dapat terurai menjadi ion H⁺dan Cl⁻ di dalam air. Berbeda halnya dengan metana (CH₄) yang bukan asam Arrhenius karena tidak dapat menghasilkan ion H⁺ dalam air meskipun memiliki atom H. Natrium hidroksida (NaOH) termasuk basa Arrhenius, sebagaimana NaOH merupakan senyawa ionik yang terdisosiasi menjadi ion Na⁺ dan OH⁻ ketika dilarutkan dalam air. Konsep asam dan basa Arrhenius ini terbatas pada kondisi air sebagai pelarut.

Teori Asam Basa Brønsted–Lowry

Pada tahun 1923, Johannes N. Brønsted dan Thomas M. Lowry secara terpisah mengajukan definisi asam dan basa yang lebih luas. Konsep yang diajukan tersebut didasarkan pada fakta bahwa reaksi asam–basa melibatkan transfer proton (ion H⁺) dari satu zat ke zat lainnya. Proses transfer proton ini selalu melibatkan asam sebagai pemberi/donor proton dan basa sebagai penerima/akseptor proton. Jadi, menurut definisi asam basa Brønsted–Lowry,

• asam adalah donor proton.
• basa adalah akseptor proton.

Jika ditinjau dengan teori Brønsted–Lowry, pada reaksi ionisasi HCl ketika dilarutkan dalam air, HCl berperan sebagai asam dan H₂O sebagai basa.

HCl(aq) + H₂O(l) → Cl⁻(aq) + H₃O⁺(aq)

HCl berubah menjadi ion Cl⁻ setelah memberikan proton (H⁺) kepada H₂O. H₂O menerima proton dengan menggunakan sepasang elektron bebas pada atom O untuk berikatan dengan H⁺ sehingga terbentuk ion hidronium (H₃O⁺).

Sedangkan pada reaksi ionisasi NH₃ ketika dilarutkan dalam air, NH₃ berperan sebagai basa dan H₂O sebagai asam.

NH₃(aq) + H₂O(l) ⇌ NH₄⁺(aq) + OH⁻(aq)

NH₃ menerima proton (H⁺) dari H₂O dengan menggunakan sepasang elektron bebas pada atom N untuk berikatan dengan H⁺ sehingga terbentuk ion ammonium (NH₄⁺). H₂O berubah menjadi ion OH⁻ setelah memberikan proton (H⁺) kepada NH₃.

Pelarutan asam atau basa dalam air sebagai reaksi asam–basa Brønsted–Lowry (Sumber: Silberberg, Martin S. & Amateis, Patricia. 2015. Chemistry: The Molecular Nature of Matter and Change (7th edition). New York: McGraw-Hill Education)

Dari kedua contoh tersebut terlihat bahwa (1) asam Brønsted–Lowry harus mempunyai atom hidrogen yang dapat terlepas sebagai ion H⁺; dan (2) basa Brønsted–Lowry harus mempunyai pasangan elektron bebas yang dapat berikatan dengan ion H⁺.

Kelebihan definisi oleh Brønsted–Lowry dibanding definisi oleh Arrhenius adalah dapat menjelaskan reaksi-reaksi asam–basa dalam fase gas, padat, cair, larutan dengan pelarut selain air, ataupun campuran heterogen. Sebagai contoh, reaksi antara gas NH₃ (basa) dan gas HCl (asam) membentuk asap NH₄Cl.

NH₃(g) + HCl(g) → NH₄Cl(s)

Beberapa zat dapat bertindak sebagai asam, namun juga dapat sebagai basa pada reaksi yang lain, misalnya H₂O, HCO₃⁻, dan H₂PO₄⁻. Zat demikian disebut amfiprotik. Suatu zat amfiprotik (misalnya H₂O) akan bertindak sebagai asam bila direaksikan dengan zat yang lebih basa darinya (misalnya NH₃) dan bertindak sebagai basa bila direaksikan dengan zat yang lebih asam darinya (misalnya HCl).

Teori Asam Basa Lewis

Pada tahun 1923, G. N. Lewis mengemukakan teori asam basa yang lebih luas dibanding kedua teori sebelumnya dengan menekankan pada pasangan elektron yang berkaitan dengan struktur dan ikatan. Menurut definisi asam basa Lewis,

• asam adalah akseptor pasangan elektron.
• basa adalah donor pasangan elektron.

Berdasarkan definisi Lewis, asam yang berperan sebagai spesi penerima pasangan elektron tidak hanya H⁺. Senyawa yang memiliki orbital kosong pada kulit valensi seperti BF₃ juga dapat berperan sebagai asam. Sebagai contoh, reaksi antara BF₃ dan NH₃ merupakan reaksi asam–basa, di mana BF₃ sebagai asam Lewis dan NH₃ sebagai basa Lewis. NH₃ memberikan pasangan elektron kepada BF₃ sehingga membentuk ikatan kovalen koordinasi antara keduanya.

Kelebihan definisi asam basa Lewis adalah dapat menjelaskan reaksi-reaksi asam–basa lain dalam fase padat, gas, dan medium pelarut selain air yang tidak melibatkan transfer proton. Misalnya, reaksi-reaksi antara oksida asam (misalnya CO₂ dan SO₂) dengan oksida basa (misalnya MgO dan CaO), reaksi-reaksi pembentukan ion kompleks seperti [Fe(CN)₆]³⁻, [Al(H₂O)₆]³⁺, dan [Cu(NH₃)₄]²⁺, dan sebagian reaksi dalam kimia organik.

Contoh Soal dan Pembahasan

Tentukan manakah asam dan basa dalam reaksi asam–basa berikut dengan memberikan alasan yang didasarkan pada teori asam basa Arrhenius, Brønsted–Lowry, atau Lewis.

1. HCN(aq) + H₂O(l) ⇌ CN⁻(aq) + H₃O⁺(aq)

2. Ni²⁺(aq) + 4CN⁻(aq) ⇌ [Ni(CN)₄]²⁻(aq)

Jawab:

1. Berdasarkan teori asam basa Arrhenius, HCN adalah asam Arrhenius sebagaimana HCN akan melepaskan ion H⁺ jika dilarutkan dalam air.

Berdasarkan teori Brønsted–Lowry, HCN adalah asam Brønsted–Lowry karena mendonorkan proton (H⁺) sehingga menjadi ion CN⁻ sedangkan H₂O adalah basa Brønsted–Lowry karena menerima proton sehingga membentuk ion H₃O⁺.

Berdasarkan teori Lewis, H₂O adalah basa Lewis karena mendonorkan pasangan elektron kepada ion H⁺ yang berasal dari molekul HCN membentuk ion H₃O⁺ sedangkan H⁺ dari HCN adalah asam Lewis karena menerima pasangan elektron dari atom O pada H₂O.

2. Teori Arrhenius dan teori Brønsted–Lowry tidak dapat menjelaskan reaksi ini.

Berdasarkan teori Lewis, CN⁻ adalah basa Lewis karena mendonorkan pasangan elektron kepada ion Ni²⁺ sehingga terbentuk ikatan kovalen koordinasi sedangkan Ni²⁺ adalah asam Lewis karena menerima pasangan elektron dari CN⁻.

Teori Asam Basa – Referensi

Atkins, Peter & Jones, Loretta. 2010. Chemical Principles: The Quest for Insight (5^th edition). New York: W.H. Freeman & Company

Brown, Theodore L. et al. 2015. Chemistry: The Central Science (13^th edition). New Jersey: Pearson Education, Inc.

Chang, Raymond & Goldsby, Kenneth A. 2016. Chemistry (12^th edition). New York: McGraw-Hill Education

Earl, Bryan & Wilford, Doug. 2014. Cambridge IGCSE^® Chemistry (3^rd edition). London: Hodder Education

McMurry, John E., Fay, Robert C., & Robinson, Jill K. 2016. Chemistry (7^th edition). New Jersey: Pearson Education, Inc.

Oxtoby, David W., Gillis, H.P., & Campion, Alan. 2012. Principles of Modern Chemistry (7^th edition). California: Brooks/Cole, Cengage Learning

Petrucci, Ralph H. et al. 2017. General Chemistry: Principles and Modern Applications (11^th edition). Toronto: Pearson Canada Inc.

Purba, Michael. 2006. Kimia 2B untuk SMA Kelas XI. Jakarta: Erlangga

Shriver, D. et al. 2014. Inorganic Chemistry (6^th edition). New York: McGraw-Hill Education

Silberberg, Martin S. & Amateis, Patricia. 2015. Chemistry: The Molecular Nature of Matter and Change (7^th edition). New York: McGraw-Hill Education

Stacy, Angelica M. 2015. Living by Chemistry (2^nd edition). New York: W.H. Freeman and Company

Artikel: Teori Asam Basa

Kontributor: Nirwan Susianto, S.Si.

Alumni Kimia FMIPA UI

Materi StudioBelajar.com lainnya:

1. Termokimia
2. Bilangan Kuantum
3. Reaksi Redoks