Katalisis asam basa umum

Sebelum menjelaskan katalisis asam-basa umum saya ingin terlebih dahulu menuliskan ionisasi asam fosfat yang akan dijadikan contoh dalam pembahasan ini.

$$H_{3}PO_{4} \rightleftharpoons HPO_4^- + H^+       \qquad pKa_1 = 2,16$$
$$H_{2}PO_4^-\rightleftharpoons HPO_4^{2-}+ H^+ \qquad pKa_2 = 7,2$$
$$HPO_4^{2-}\rightleftharpoons PO_4^{3-}+ H^+ \qquad pKa_3 = 12,4$$


$$Ka_1 =\frac{ [H^+][H_2PO_4^-]}{[H_3PO_4]}$$


$$Ka_2 =  \frac{ [H^+][HPO_4^{2-}]}{[H_2PO_4^-]}$$
  $$Ka_3 =  \frac{ [H^+][PO_4^{3-}]}{[HPO_4^{2-}]}$$

konsentrasi dapar ($C$) merupakan jumlah donor proton ditambah dengan akseptor proton. Jika digunakan ionisasi kedua sebagai contoh maka:

$$C = [H_{2}PO_4^-] + [HPO_4^{2-}]$$

maka:

$$C =\frac{ [H^+][HPO_4^{2-}]}{Ka_2}+ [HPO_4^{2-}]$$
$$C =\left (\frac{ [H^+]}{Ka_2}+ 1 \right) [HPO_4^{2-}]$$
$$C =\left (\frac{ [H^+] + Ka_2}{Ka_2} \right) [HPO_4^{2-}]$$
$$\frac{C Ka_2}{[H^+] + Ka_2} = [HPO_4^{2-}]$$


Sekarang kita bahas mengenai katalisis asam-basa umum. Namun di sini saya akan memberikan contoh katalisis asam saja.

Di dalam larutan dapar fosfat berbagai konsentrasi pada pH dan suhu yang konstan, berlaku hubungan antara konstanta kecepatan degradasi obat dengan konsentrasi dapar sebagai berikut (digunakan contoh dapar fosfat pH 7):

$$k_{obs} = k_{0} + k_{H_{2}PO_4^-} [H_{2}PO_4^-] + k_{HPO_4^{2-}}[HPO_4^{2-}]$$
$$k_{obs} = k_{0} + k_{H_{2}PO_4^-} \frac{ [H^+][HPO_4^{2-}]}{Ka_2} + k_{HPO_4^{2-}}[HPO_4^{2-}]$$
$$k_{obs} = k_{0} + \left (k_{H_{2}PO_4^-} \frac{ [H^+]}{Ka_2} + k_{HPO_4^{2-}}\right)  [HPO_4^{2-}]$$
$$k_{obs} = k_{0} + \left (k_{H_{2}PO_4^-} \frac{ [H^+]}{Ka_2} + k_{HPO_4^{2-}}\right)  \frac{C Ka_2}{[H^+] + Ka_2}$$
$$k_{obs} = k_{0} + \left ( \frac{k_{H_{2}PO_4^-} [H^+] + k_{HPO_4^{2-}} Ka_2}{[H^+] + Ka_2} \right) C$$

akhirnya diperoleh suatu persamaan regresi linier antara konstanta kecepatan degradasi ($k_{obs}$) dengan konsentrasi dapar ($C$). Slope dari persamaan regresi linier tersebut adalah: $\left ( \frac{k_{H_{2}PO_4^-} [H^+] + k_{HPO_4^{2-}} Ka_2}{[H^+] + Ka_2} \right)$. Sedangkan intercept ($k_0$) merupakan konstanta kecepatan degradasi obat pada kondisi percobaan (suhu dan pH tertentu) ketika $C = 0$.

Jika dilakukan percobaan dalam berbagai seri pH pada suhu tertentu (suhu tetap). Maka nilai $k_{H_{2}PO_4^-}$ dan $k_{HPO_4^{2-}}$ dapat ditentukan.

Sebagai sumber bacaan lebih lanjut silakan membaca: Catalytic effect of buffers on degradation of penicillin G in aqueous solution.