Asam

Asam adalah spesi kimia yang menyumbangkan proton atau ion hidrogen dan / atau menerima elektron. Sebagian besar dari mereka mengandung ikatan atom hidrogen yang dapat melepaskan (berdisosiasi) untuk menghasilkan kation dan anion dalam air. Semakin tinggi konsentrasi ion hidrogen yang dihasilkan oleh asam, semakin tinggi keasamannya dan semakin rendah pH larutan.

Kata asam berasal dari kata Latin acidus atau acere, yang berarti “asam,” karena salah satu karakteristik asam dalam air adalah rasanya asam (misalnya, cuka atau jus lemon).

Sifat Asam

Tabel ini menawarkan ikhtisar sifat-sifat utama asam dibandingkan dengan basa.

Ringkasan Sifat Asam dan Basa
Sifat	Asam	Basa
pH	kurang dari 7	lebih besar dari 7
kertas lakmus	biru menjadi merah	tidak mengubah lakmus, tetapi dapat mengembalikan kertas asam (merah) menjadi biru
rasa	asam (misalnya, cuka)	pahit atau seperti sabun (misalnya, soda kue)
bau	sensasi terbakar	sering tidak berbau (kecuali amonia)
tekstur	lengket	licin
reaktivitas	bereaksi dengan logam untuk menghasilkan gas hidrogen	bereaksi dengan beberapa lemak dan minyak

Definisi Asam Arrhenius, Asam Brønsted-Lowry, dan Asam Lewis

Ada berbagai cara mendefinisikan asam. Seseorang yang berkata “asam” biasanya mengacu pada asam Arrhenius atau Brønsted-Lowry. Asam Lewis biasanya disebut “asam Lewis.” Alasan perbedaan definisi adalah asam-asam yang berbeda ini tidak termasuk molekul yang sama:

• Asam Arrhenius: Menurut definisi ini, asam adalah zat yang meningkatkan konsentrasi ion hidronium (H₃O ⁺) ketika ditambahkan ke air. Anda mungkin juga mempertimbangkan untuk meningkatkan konsentrasi ion hidrogen (H ⁺) sebagai alternatif.
• Asam Brønsted-Lowry: Dengan definisi ini, asam adalah bahan yang mampu bertindak sebagai donor proton. Ini adalah definisi yang kurang ketat karena pelarut selain air tidak dikecualikan. Pada dasarnya, setiap senyawa yang dapat dideprotonasi adalah asam Brønsted-Lowry, termasuk asam khas, ditambah amina, dan alkohol. Ini adalah definisi asam yang paling banyak digunakan.
• Asam Lewis: Asam Lewis adalah senyawa yang dapat menerima pasangan elektron untuk membentuk ikatan kovalen. Dengan definisi ini, beberapa senyawa yang tidak mengandung hidrogen memenuhi syarat sebagai asam, termasuk aluminium triklorida dan boron trifluorida.

Contoh asam

Ini adalah contoh dari jenis asam umum dan asam spesifik:

• Asam Arrhenius
• Asam monoprotik
• Asam Lewis
• Asam hidroklorik
• Asam sulfat
• Asam hidrofluorat
• Asam asetat
• Asam lambung (yang mengandung asam klorida)
• Cuka (yang mengandung asam asetat)
• Asam sitrat (ditemukan dalam buah jeruk)

Contoh Asam mineral atau anorganik

• Hidrogen halida dan larutan berairnya: asam klorida (HCl), asam hidrobromat (HBr), asam hidroiodik (HI)
• Asam okso halogen: asam hipoklorit, asam klorat, asam perklorat, asam periodik dan senyawa yang sesuai dengan brom dan yodium
• Asam fluorosulfat
• Asam nitrat (HNO₃)
• Asam fosfat (H₃PO₄)
• Asam fluoroantimonat
• Asam fluoroborat
• Asam heksafluorofosfat
• Asam kromat (H₂CrO₄)

Contoh Asam sulfonat

• Asam metanasulfonat (asam mesilat)
• Asam etanesulfonat (asam esilik) (EtSO₃H)
• Asam benzenasulfonat (asam besilat) (PhSO₃H)
• Asam toluenasulfonat (asam tosilat) (C₆H₄ (CH₃) (SO₃H))
• Asam trifluorometanasulfonat (asam triflic)

Contoh Asam karboksilat

• Asam asetat
• Asam format
• Asam glukonat
• Asam laktat
• Asam oksalat
• Asam tartarat

Contoh Asam vinil karboksilat

• Asam askorbat
• Asam meldrum

Asam Kuat dan Lemah

Asam dapat diidentifikasi sebagai kuat atau lemah berdasarkan seberapa lengkap mereka berdisosiasi menjadi ion dalam air. Asam kuat, seperti asam hidroklorat, sepenuhnya berdisosiasi menjadi ion-ionnya dalam air. Asam lemah hanya berdisosiasi sebagian menjadi ion-ionnya, sehingga larutan tersebut mengandung air, ion, dan asam (mis., Asam asetat).

Disosiasi dan kesetimbangan

Reaksi asam sering digeneralisasikan dalam bentuk HA berada dalam kesetimbangan dengan H ⁺ + A^–, di mana HA mewakili asam, dan A^– adalah basa terkonjugasi.

Pasangan asam-basa terkonjugasi berbeda satu proton, dan dapat diubah oleh penambahan atau penghapusan proton (protonasi dan deprotonasi, masing-masing). Perhatikan bahwa asam dapat menjadi spesies bermuatan, dan basa konjugasi dapat netral, dalam hal ini skema reaksi umum dapat digambarkan sebagai HA ⁺ berada dalam kesetimbangan dengan H ⁺ + A.

Dalam larutan ada keseimbangan antara asam dan basanya terkonjugasi. Konstanta kesetimbangan K adalah ekspresi konsentrasi kesetimbangan molekul atau ion dalam larutan. Tanda kurung menunjukkan konsentrasi, jadi [H₂O] berarti konsentrasi H₂O.

Konstanta disosiasi asam Ka umumnya digunakan dalam konteks reaksi asam-basa. Nilai numerik Ka sama dengan konsentrasi produk dibagi dengan konsentrasi reaktan, di mana reaktan adalah asam (HA) dan produk adalah basa konjugasi dan H ⁺.

Asam yang lebih kuat akan memiliki Ka lebih besar dari asam yang lebih lemah; rasio ion hidrogen terhadap asam akan lebih tinggi untuk asam yang lebih kuat, karena asam yang lebih kuat memiliki kecenderungan yang lebih besar untuk kehilangan protonnya.

Karena rentang nilai yang mungkin untuk Ka yang mencakup beberapa orde besarnya, konstanta yang lebih dapat dimanipulasi, pKa, lebih sering digunakan, di mana pKa = -log₁₀ Ka. Asam kuat memiliki pKa lebih rendah dari asam lemah. Nilai pKa. ditentukan secara eksperimental pada 25 ° C dalam larutan berair sering disajikan dalam buku teks dan bahan referensi.

Kekuatan asam

Kekuatan asam mengacu pada kemampuan atau kecenderungannya untuk kehilangan proton. Asam kuat adalah asam yang terdisosiasi sempurna dalam air; Dengan kata lain, satu mol asam kuat HA dilarutkan dalam air menghasilkan satu mol H ⁺ dan satu mol basa konjugasinya, A^–, dan tidak ada asam HA yang terprotonasi. Sebaliknya, asam lemah hanya terdisosiasi sebagian dan, pada kesetimbangan, baik asam maupun basa konjugasinya ada dalam larutan.  Beberapa contoh asam kuat adalah asam klorida (HCl), asam iodik (HI), asam bromida (HBr), asam perklorat (HClO₄), asam nitrat (HNO₃), dan asam sulfat (H₂SO₄). Dalam air, masing-masing terionisasi hampir 100%. Semakin kuat suatu asam, semakin mudah kehilangan proton, H⁺. Dua faktor kunci yang berkontribusi pada kemudahan deprotonasi adalah polaritas ikatan H-A. Kekuatan asam sering dibahas dalam hal stabilitas basa konjugasi juga.

Asam yang lebih kuat memiliki Ka lebih tinggi, dan pKa lebih rendah daripada asam yang lebih lemah.

Asam alkilsulfonat dan arilsulfonat, yang merupakan asam oksi organik, adalah sejenis asam kuat. Contoh umum adalah asam toluenasulfonat (asam tosik atau tosilat). Tidak seperti asam sulfat itu sendiri, asam sulfonat bisa berbentuk padat. Memang, polistirena yang difungsikan dalam polistirena sulfonat adalah plastik padat asam kuat, yang dapat disaring.

Superasam adalah asam yang lebih kuat dari asam sulfat 100%. Beberapa contoh superasam adalah asam fluoroantimonat, asam ajaib, dan asam perklorat. Subasam dapat memprotonasi air secara permanen untuk menghasilkan “garam” oksonium ionik kristal. Mereka juga dapat menstabilkan karbokation secara kuantitatif.

Aplikasi asam

Ada banyak kegunaan untuk asam. Asam sering digunakan untuk menghilangkan karat dan korosi lainnya dari logam dalam proses yang dikenal sebagai pengawetan. Mereka juga dapat digunakan sebagai elektrolit dalam baterai, seperti asam sulfat dalam baterai mobil.

Asam kuat, khususnya asam sulfat, banyak digunakan dalam pengolahan mineral. Misalnya, mineral fosfat bereaksi dengan asam sulfat untuk menghasilkan asam fosfat untuk produksi pupuk, dan seng diproduksi dengan melarutkan seng oksida dalam asam sulfat, memurnikan larutan, dan menerapkan elektrolisis.

Dalam industri kimia, asam bereaksi dalam reaksi netralisasi untuk menghasilkan garam. Misalnya, asam nitrat bereaksi dengan amonia untuk menghasilkan amonium nitrat, pupuk. Selain itu, asam karboksilat dapat diesterifikasi dengan alkohol dengan adanya asam sulfat untuk menghasilkan ester.

Asam digunakan sebagai katalis; misalnya, asam sulfat digunakan dalam jumlah besar dalam proses alkilasi untuk menghasilkan bensin. Asam kuat, seperti asam sulfat, asam fosfat dan asam klorida, juga berpengaruh pada reaksi dehidrasi dan kondensasi. Asam juga digunakan sebagai aditif dalam minuman dan makanan, karena mereka mengubah rasa dan berfungsi sebagai pengawet. Misalnya, asam fosfat adalah komponen minuman cola.

Kelimpahan biologis Asam

Banyak molekul penting secara biologis adalah asam. Asam nukleat, termasuk DNA dan RNA, mengandung kode genetik yang menentukan banyak karakteristik suatu organisme, dan ditransfer dari orang tua ke keturunannya. DNA mengandung cetakan kimia untuk sintesis protein, yang terbuat dari subunit asam amino.

Asam -amino memiliki karbon pusat (karbon atau alfa) yang secara kovalen terikat pada gugus karboksil (karenanya asam karboksilat), gugus amino, atom hidrogen, dan gugus variabel. Gugus variabel, juga disebut gugus R atau rantai samping, menentukan identitas dan banyak sifat asam amino tertentu. Dalam glisin, asam amino paling sederhana, gugus R adalah atom hidrogen, tetapi di semua asam amino lainnya mengandung satu atau lebih atom karbon yang terikat hidrogen, dan mungkin mengandung unsur lain, seperti belerang, selenium, oksigen, atau nitrogen. Dengan pengecualian glisin, asam amino alami adalah kiral dan hampir selalu ada dalam konfigurasi L. Beberapa peptidoglikan, ditemukan di beberapa dinding sel bakteri, mengandung sejumlah kecil asam D-amino. Pada pH fisiologis, biasanya sekitar 7, ada asam amino bebas dalam bentuk ionik, di mana gugus karboksil asam (-COOH) kehilangan proton (-COO-) dan gugus amino basa (-NH₂) memperoleh proton (-NH ⁺
₃). Seluruh molekul memiliki muatan netral bersih, dan itu adalah zwitterion.

Asam lemak dan turunan asam lemak adalah kelompok lain dari asam karboksilat yang memainkan peran penting dalam biologi. Ini mengandung rantai hidrokarbon panjang dan gugus asam karboksilat di salah satu ujungnya. Membran sel hampir semua organisme dibuat terutama dari bilayer fosfolipid, misel rantai asam lemak hidrofobik dengan gugus fosfat hidrofilik.

Pada manusia dan banyak hewan lain, asam klorida adalah bagian dari asam lambung yang disekresikan di perut untuk membantu menghidrolisis protein, serta mengubah proenzim pepsinogen yang tidak aktif menjadi enzim pepsin yang aktif. Beberapa organisme menghasilkan asam untuk pertahanan mereka; misalnya, semut menghasilkan asam format.

Keseimbangan asam-basa memainkan peran penting dalam regulasi respirasi mamalia. Gas oksigen (O₂) melakukan respirasi seluler, suatu proses di mana hewan melepaskan energi potensial kimia yang tersimpan dalam makanan, menghasilkan karbon dioksida (CO₂) sebagai produk. Oksigen dan karbon dioksida dipertukarkan di paru-paru, dan tubuh merespons berbagai kebutuhan energi dengan menyesuaikan kecepatan ventilasi paru. Misalnya, selama periode latihan, tubuh dengan cepat memecah karbohidrat yang disimpan, melepaskan CO₂ ke dalam aliran darah. Dalam larutan berair seperti darah, CO2 berada dalam kesetimbangan dengan asam karbonat dan anion bikarbonat.

Penurunan pH adalah sinyal yang membuat otak bernapas lebih cepat dan lebih dalam, melepaskan kelebihan CO₂ dan memasok kembali sel dengan O₂.

Membran sel umumnya tahan terhadap molekul polar, bermuatan atau besar, karena rantai lemak asil lipofilik yang terkandung di dalamnya. Banyak molekul biologis penting, termasuk sejumlah besar agen farmasi, adalah asam organik lemah yang dapat melintasi membran dalam bentuk terprotonasi, dalam bentuk tidak bermuatan, tetapi tidak dapat dalam bentuk bermuatan (sebagai basa konjugasi). Untuk alasan ini, aktivitas banyak obat dapat ditingkatkan atau dikurangi dengan penggunaan antasida atau makanan asam. Namun, bentuk bermuatan biasanya lebih larut dalam darah dan sitosol, keduanya merupakan media berair. Ketika media ekstraseluler lebih asam daripada pH netral di dalam sel, asam tertentu akan ada dalam bentuk netralnya dan akan larut dalam membran, memungkinkan mereka untuk melintasi lapisan ganda lipid. Asam yang kehilangan proton pada pH intraseluler akan berada dalam bentuk terlarut dan bermuatan, sehingga mampu berdifusi melalui sitosol ke targetnya. Ibuprofen, aspirin, dan penisilin adalah contoh obat yang bersifat asam lemah.