PENDAHULUAN

Prof. Dr. Sabirin Matsjeh Ph.D

TINJAUAN KIMIA

• PEMAHAMAN PRINSIP PRINSIP DASAR DAN HUKUM HUKUM DASAR KIMIA MERUPAKAN PRASYARAT UNTUK MEMPELAJARI BIOKIMIA ANTARA LAIN TENTANG

• 1. IKATAN KIMIA• 2. GUGUS FUNGSI SENYAWA ORGANIK• 3. STEREOKIMIA• 4. KESETIMBANGAN KIMIA• 5. KONSENTRASI LARUTAN

Organization and Structure of Cells• Prokaryotic cells

• Prokaryotic cells– A single (plasma) membrane– no nucleus or organelles

• Eukaryotic cells– much larger in size than prokaryotes– 103-104 times larger!– Nucleus plus many organelles– ER, Golgi, mitochondria, etc.

AIR DAN LARUTAN BUFFER

DOSEN PENGAMPUPROF. DR. SABIRIN MATSJEH

AIR (H2O)

• Merupakan kandungan utama sel (+-76%)• Membentuk ikatan hidrogen antara sesama molekul air

paling banyak• Merupakan polimer semu dari H2O• Zat terlarut akan mengubah SIFAT UTAMA AIR • Disebut SIFAT KOLIGATIF LARUTAN• 1. titik didih tinggi• 2. titik beku rendah• 3. tekanan uap tinggi• 4. tekanan osmosa

Comparison of Ice and WaterIssues: H-bonds and Motion

• Ice: 4 H-bonds per water molecule• Water: 2.3 HIce: 4 H-bonds per water molecule• Water: 2.3 H-bonds per water molecule• Ice: H-bond lifetime - about 10 microsec• Water: H-bond lifetime - about 10 psec• (10 psec = 0.00000000001 sec)• Thats "one times ten to the minus eleven

second"!-bonds per water molecule

KEISTIMEWAAN AIR BAGI MAHLUK HIDUP

• 1. Melarutkan senyawa polar (garam)• 2. tidak melarutkan senyawa non polar• 3. kalor penguapan tinggi (9700 kal/mol) sebagai zat

pendingin yang baik (keringat)• 4. kalor jenis kecil ( 1 kal/der.g) merupakan penahan

panas yang baik , suhu tidak mudah naik, walaupun suhu berubah dengan cepat

• 5. titik didih tinggi (100oC), sehingga air tetap cair pada suhu fisiologis.

• 6. air merupakan medium proses biologi

DISOSIASI AIR

• Disosiasi molekul air terjadi akibat proton pada ikatan hidrogen dari 2 molekul air berpindah ke atom oksigen dari salah satu air, sehingga terbentuk ion hindrogenium H3O+ dan OH-

• H2O + H2O H3O+ OH-

Solvent Properties of Water

• Ions are always hydrated in water and carry around a "hydration shell"

• Water forms H-bonds with polar solutes• Hydrophobic interactions - a "secret of

life"

Hydrophobic Interactions

• Sebuah zat terlarut nonpolar "mengatur" airJaringan H-ikatan air mereorganisasi untuk mengakomodasi zat terlarut nonpolarIni adalah peningkatan "order" dari airIni adalah penurunan ENTROPY

Amphiphilic Molecules

Also called "amphipathic"• Refers to molecules that contain both polar

and nonpolar groups• Equivalently - to molecules that are attracted

to both polar and nonpolar environments• Good examples - fatty acids

13.1

Larutan adalah campuran homogen dari dua atau lebih zat

Zat yang jumlahnya lebih sedikit disebut zat terlarut

Zat yang jumlahnya lebih banyak disebut zat pelarut.

Larutan jenuh mengandung jumlah maksimum zat terlarut yang dapat larut dalam suatu pelarut pada suhu tertentu.Larutan takjenuh mengandung zat terlarut lebih sedikit daripada yang sebenarnya dapat dilarutkan oleh pelarut pada suhu tertentu.Larutan lewat-jenuh mengandung zat terlarut lebih banyak daripada yang terdapat dalam larutan jenuh pada suhu tertentu.Natrium asetat mengkristal dengan cepat ketika ditambahkan sedikit benih kristal ke dalam larutan natrium asetat lewat-jenuh.

13.1

Elektrolit adalah suatu zat, yang ketika dilarutkan dalam air akan menghasilkan larutan yang dapat menghantarkan arus listrik.

Nonelektrolit merupakan zat yang tidak menghantarkan arus listrik ketika dilarutkan dalam air.

nonelektrolit elektrolit lemah elektrolit kuat

4.1

Elektrolit Kuat – 100% terurai

NaCl (s) Na+ (aq) + Cl- (aq)H2O

Elektrolit Lemah – tidak sepenuhnya terurai

CH3COOH CH3COO- (aq) + H+ (aq)

Menghasilkan listrik pada hasil reaksi?

Kation (+) dan Anion (-)

4.1

HF (aq) + H2O (l) H3O+ (aq) + F- (aq)

Asam lemah adalah elektrolit lemah

HNO2 (aq) + H2O (l) H3O+ (aq) + NO2- (aq)

HSO4- (aq) + H2O (l) H3O+ (aq) + SO4

2- (aq)

H2O (l) + H2O (l) H3O+ (aq) + OH- (aq)

Basa kuat adalah elektrolit kuat

NaOH (s) Na+ (aq) + OH- (aq)H2O

KOH (s) K+ (aq) + OH- (aq)H2O

Ba(OH)2 (s) Ba2+ (aq) + 2OH- (aq)H2O

16.4

F- (aq) + H2O (l) OH- (aq) + HF (aq)

Basa lemah adalah elektrolit lemah (NH3)

NO2- (aq) + H2O (l) OH- (aq) + HNO2 (aq)

Pasangan asam-basa konjugat:

• Jika asamnya kuat, basa konjugatnya sangat lemah.

• H3O+ adalah asam terkuat yang dapat berada di dalam larutan berair.

• Ion OH- adalah basa terkuat yang dapat berada di dalam larutan berair.

16.4

Pasangan-pasangan konjugat dalam reaksi asam-basa

asam + basa basa + asam

Pasangan konjugat

Pasangan konjugat

reaksi 1 HF + H2O F– + H3O+

reaksi 2 HCOOH + CN– HCOO– + HCN

reaksi 3 NH4+ + CO3

2– NH3 + HCO3–

reaksi 4 H2PO4– + OH– HPO4

2– + H2O

reaksi 5 H2SO4 + N2H5+ HSO4

– + N2H62+

reaksi 6 HPO42– + SO3

2– PO43– + HSO3

–

Berapakah pH dari larutan 2 x 10-3 M HNO3?

HNO3 adalah asam kuat – 100% terdisosiasi.

HNO3 (aq) + H2O (l) H3O+ (aq) + NO3- (aq)

pH = -log [H+] = -log [H3O+] = -log(0,002) = 2,7

Awal

Akhir

0,002 M

0,002 M 0,002 M0,0 M

0,0 M 0,0 M

Berapakah pH dari larutan 1,8 x 10-2 M Ba(OH)2?

Ba(OH)2 adalah basa kuat – 100% terdisosiasi.

Ba(OH)2 (s) Ba2+ (aq) + 2OH- (aq)

Awal

Akhir

0,018 M

0,018 M 0,036 M0,0 M

0,0 M 0,0 M

pH = 14,00 – pOH = 14,00 + log(0,036) = 12,5616.4

pH – Ukuran Keasaman

pH = -log [H+]

[H+] = [OH-]

[H+] > [OH-]

[H+] < [OH-]

Larutan bersifat

netral

asam

basa

[H+] = 1 x 10-7

[H+] > 1 x 10-7

[H+] < 1 x 10-7

pH = 7

pH < 7

pH > 7

Pada suhu 250C

pH [H+]

16.3

16.3

pOH = -log [OH-]

[H+][OH-] = Kw = 1,0 x 10-14

-log [H+] – log [OH-] = 14,00

pH + pOH = 14,00

HA (aq) + H2O (l) H3O+ (aq) + A- (aq)

KESETIMBANGAN ASAM DAN BASA

Asam Lemah (HA) dan Konstanta Ionisasi Asam

HA (aq) H+ (aq) + A- (aq)

Ka =[H+][A-]

[HA]

Ka adalah konstanta ionisasi asam Berbanding lurus dengan kekuatan asam

Ka

kekuatan asam lemah

16.5

Menyelesaikan Soal-soal ionisasi asam lemah:

1. Tentukan spesi-spesi yang dapat mempengaruhi pH.

• Pada sebagian besar soal, anda dapat mengabaikan autoionisasi air.

• Abaikan [OH-] karena pH ditentukan oleh [H+].

2. Nyatakan konsentrasi kesetimbangan dari semua spesi dalam konsentrasi awal dan satu variabel x.

3. Tulis Ka dalam konsentrasi-konsentrasi kesetimbangannya. Setelah mengetahui nilai Ka, kita dapat mencari x.

4. Hitunglah konsentrasi dari semua spesi dan/atau pH larutan.

16.5

NH3 (aq) + H2O (l) NH4+ (aq) + OH- (aq)

Basa Lemah dan Konstanta Ionisasi Basa

Kb =[NH4

+][OH-][NH3]

Kb adalah konstanta ionisasi basa

Kbkekuatan

basa lemah

16.6

Selesaikan soal-soal basa lemah seperti asam lemah namun di sini kita mencari [OH-] bukan [H+].

Reaksi antara anion atau kation suatu garam, atau keduanya, dengan air disebut hidrolisis garam. Hidolisis mempengaruhi pH larutan garam.

Kation: Semua kation akan menghasilkan asam dalam air kecuali kation dari golongan 1 dan 2.

Anion:Beberapa bersifat asam HSO4

-

Anion yg merupakan basa konjugat dari asam kuat bersifat netral. (Cl-, NO3

-, …)Yang lainnya bersifat basa.

H2O (l) H+ (aq) + OH- (aq)

Konstanta Hasilkali Ion Air

Kc =[H+][OH-]

[H2O][H2O] = konstan

Kc[H2O] = Kw = [H+][OH-]

Konstanta hasilkali ion air (Kw) adalah hasilkali antara konsentrasi molar ion H+ dan ion OH- pada suhu tertentu.

Pada suhu 250CKw = [H+][OH-] = 1,0 x 10-14

[H+] = [OH-]

[H+] > [OH-]

[H+] < [OH-]

Larutan bersifat

netral

asam

basa

16.2pH + pOH = 14

LARUTAN BUFFER DAN

HIDROLISIS

LARUTAN BUFFER

• 1. Campuran asam lemah dengan garamnya

• H+ = Ka . Ca atau H+ = Ka mmol asam• Cg mmol garam

• H = Ka + log Cg atau pH=pKa + log mmol grm• Ca mmol asam

Campuran basa lemah dengan garamnya

• OH- = Kb x Cb atau pOH = pKb + log Cg• Cg Cb

• OH = Kb x mmol basa• mmol garam

• pOH = pKb + log mmol garam• mmol basa

Larutan buffer adalah larutan yg terdiri dari:

1. asam lemah/basa lemah dan

2. garam dari asam lemah/basa lemah

Keduanya harus ada!

Larutan buffer memiliki kemampuan mempertahankan pH ketika ada penambahan sedikit asam/basa.

17.2

Tambahkan asam kuatH+ (aq) + CH3COO- (aq) CH3COOH (aq)

Tambahkan basa kuatOH- (aq) + CH3COOH (aq) CH3COO- (aq) + H2O (l)

Misalkan campuran CH3COOH dan CH3COONa dengan molar yang sama

Manakah yang termasuk larutan buffer? (a) KF/HF (b) KBr/HBr, (c) Na2CO3/NaHCO3, (d) NH3/NH4Cl 17.2

Definisi lain: Larutan buffer mengandung asam lemah dan basa konjugatnya, atau basa lemah dan asam konjugatnya.

Perhatikan campuran garam NaA dan asam lemah HA.

HA (aq) H+ (aq) + A- (aq)

NaA (s) Na+ (aq) + A- (aq)

Ka =[H+][A-]

[HA]

[H+] =Ka [HA]

[A-]

-log [H+] = -log Ka - log [HA][A-]

-log [H+] = -log Ka + log [A-][HA]

pH = pKa + log[A-][HA] pKa = -log Ka

Persamaan Henderson-Hasselbalch

17.2

pH = pKa + log[basa konjugat]

[asam]

Bagaimana Larutan Buffer BekerjaMisalkan larutan buffer dibuat dengan cara memasukkan 0,25 mol asam asetat dan 0,25 mol natrium asetat dalam tiap 1 liter larutan.

Berapakah pH dari larutan buffer tersebut?

Berapakah pH dari 1000,0 mL larutan buffer itu setelah ditambah 1,00 mL HCl (12,0 M)?

Berapa jika ditambah1,00 mL NaOH (6,00 M)?

Berapa perubahan pH dari 1000 mL air murni jika ditambah1,0 mL HCl (12,0 M)?

Membuat Larutan BufferSoal: 1.Larutan buffer ion amonia-amonium memiliki pH sekitar 9,2 dan dapat digunakan untuk mempertahankan pH larutan tetap bersifat basa. Berapakah massa amonium klorida yang harus ditambahkan ke dalam 400.00 mL larutan 3.00 M ammonia Untuk membuat suatu larutan buffer?

Kb NH3 = 1,8 x 10 -5.

2. Bagaimana membuat larutan buffer dengan pH 5.00?

Hitunglah pH dari

a) 0,10 M CH3COOHb) Larutan yang mengandung 0,10 M CH3COOH dan 0,10 M CH3COONa

Ka = 1,8 x 10-5

= 9,20

Hitunglah pH dari larutan buffer 0,30 M NH3/0,36 M NH4Cl. Berapa pH-nya setelah penambahan 20,0 mL NaOH(0,050 M ) ke dalam 80,0 mL larutan buffer tersebut?

NH4+ (aq) H+ (aq) + NH3 (aq)

pH = pKa + log[NH3][NH4

+]pKa = 9,25 pH = 9,25 + log

[0,30][0,36]

= 9,17

NH4+ (aq) + OH- (aq) H2O (l) + NH3 (aq)

awal (mol)

akhir (mol)

0,029 0,001 0,024

0,028 0,0 0,025

pH = 9,25 + log[0,25][0,28]

[NH4+] =

0,0280,10

volume akhir = 80,0 mL + 20,0 mL = 100 mL

[NH3] = 0,0250,10

17.2

Mempertahankan pH Darah

17.2

Garam dari asam lemah basa kuat• CH3COOH + NaOH NaCl + H2O• CH3COONa CH3COO- +H+• α = 1• Persamaan kesetimbangan hidrolisis• CH3COO- + H2O CH3COOH+ OH-• K= (CH3COOH)(OH-)• (CH3COO-)(H2O)• K(H20)=(CH3COOH)(OH-) =Kh• (CH3COO-)

Kh= (CH3COOH)(OH-) (CH3COO-)

(CH3COO-)=garamCo = molar mula mulano= mol mulamulaCo(1- α) =sisa

• Kh= (Co α )(Co α ) = Co α 2• Co(1- α ) 1- α • CH3COO- + H2O CH3COOH+ OH-• Co(1- α) Co α Co α• Kh=(Co α )(Co α ) = Co α2• Co(1- α ) (1- α)

• Kh= (CH3COOH)(OH-) x (H+)• (CH3COO-) (H+)• diketahui (CH3COO-)=(OH-) • • Maka Kh=(OH-)2• (garam)• (OH-) =vKw. (g)• Ka• (H+) = (Kwx Ka /(g) )

Kh =Kw Ka

Garam dari asam lemah basa kuat

• Kh = Kw/Ka

• pH = ½ pKw + ½ pKa + ½ log Cg

• OH- = Kw/Kax Cg

Garam dari asam kuat basa lemah

• Kh = Kw/Kb

• pH = ½ pKw - ½ pKb - ½ log Cg

• H+ = Kw/Kbx Cg

Garam dari asam lemah basa lemah

• Kh = Kw/Ka. Kb

• pH = ½ pKw + ½ pKa - ½ log Kb

Dissociation of Weak Electrolytes

Consider a weak acid, HA• The acid dissociation constant is given by:• HA H+ + A-

• Ka = [ H + ] [ A - ] ____________________

[HA]

The Henderson-Hasselbalch Equation

Know this! You'll use it constantly.• For any acid HA, the relationship between the

pKa, the concentrations existing at equilibrium and the solution pH is given by:

• pH = pKa + log10 [A¯ ]

¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯

[HA]

Consider the Dissociation of Acetic Acid

Assume 0.1 eq base has been added to a fully protonated solution of acetic acid

• The Henderson-Hasselbalch equation can be used to calculate the pH of the solution:With 0.1 eq OH¯ added:

• pH = pKa + log10 [0.1 ]

¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯

[0.9]

• pH = 4.76 + (-0.95)• pH = 3.81

Consider the Dissociation of Acetic Acid

Another case....• What happens if exactly 0.5 eq of base is

added to a solution of the fully protonated acetic acid?

• With 0.5 eq OH¯ added:• pH = pKa + log10

[0.5 ] ¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯

[0.5]

• pH = 4.76 + 0• pH = 4.76 = pKa

Consider the Dissociation of Acetic Acid

A final case to consider....• What is the pH if 0.9 eq of base is added to

a solution of the fully protonated acid?• With 0.9 eq OH¯ added:

• pH = pKa + log10 [0.9 ]

¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯

[0.1]

• pH = 4.76 + 0.95• pH = 5.71

Buffers

• Buffers are solutions that resist changes in pH as acid and base are added

• Most buffers consist of a weak acid and its conjugate base

• Note in Figure 2.15 how the plot of pH versus base added is flat near the pKa

• Buffers can only be used reliably within a pH unit of their pKa