Penentuan pH Asam Basa

Penentuan pH Asam Basa – Konsentrasi ion H+ dan ion OH– hasil ionisasi air sangat kecil maka untuk memudahkan perhitungan digunakan notasi pH dan pOH. Notasi pH menyatakan derajat keasaman suatu larutan. pH didefinisikan sebagai negatif logaritma konsentrasi molar ion H⁺ dan pOH sebagai negatif logaritma konsentrasi molar ion OH^–. Dalam bentuk matematis ditulis sebagai:

pH = –log [H⁺]= log pH = [H⁺]^-1

pOH = –log [OH^–] = log pOH = [OH^-]^-1

Berdasarkan definisi tersebut, pH dan pOH untuk air pada 25°C dapat dihitung sebagai berikut.

pH = –log [H⁺] = –log (1,0 × 10^–7) = 7

pOH = –log [OH ] = –log (1,0 × 10^–7) = 7

Prosedur yang sama juga diterapkan untuk menghitung tetapan ionisasi air, yaitu pKw.

Kw = [H+] [OH– ] = 1,0 × 10^–14

pKw = pH + pOH = 14

pH = 14 – pOH dan pOH = 14 – pH

1. Perhitungan pH Asam dan Basa Kuat Monoprotik
Jika Anda melarutkan HCl 0,1 mol ke dalam air sampai volume larutan 1 liter, dihasilkan larutan HCl 0,1M. Berapakah pH larutan tersebut? Derajat keasaman atau pH larutan ditentukan oleh konsentrasi ion H⁺ sesuai rumus pH = –log [H⁺]. Untuk mengetahui konsentrasi H⁺dalam larutan perlu diketahui seberapa besar derajat ionisasi asam tersebut. HCl tergolong asam kuat dan terionisasi sempurna membentuk ionionnya:

HCl(aq)⎯⎯→H⁺(aq) + Cl^–(aq) sehingga dalam larutan HCl 0,1 M terdapat [H⁺] = [Cl^–] = 0,1 M. Disamping itu, air juga memberikan sumbangan ion H⁺ dan OH^– sebagai hasil ionisasi air, masing-masing sebesar 1,0 × 10^–7 M. H₂O(l) ⇄ H⁺(aq) + OH^–(aq) Jika konsentrasi H⁺ hasil ionisasi air dibandingkan dengan konsentrasi H⁺ hasil ionisasi HCl, sumbangan H⁺ dari air sangat kecil sehingga dapat diabaikan. Apalagi jika ditinjau dari prinsip Le Chatelier, penambahan ion H⁺(HCl) ke dalam air akan menggeser posisi kesetimbangan air ke arah pembentukan molekul air.

H₂O(l)← H⁺(aq) + OH^–(aq).

Dengan demikian, pH larutan HCl 0,1M hanya ditentukan oleh konsentrasi ion H⁺ dari HCl.
pH (HCl 0,1M) = –log [H⁺] = –log (1 × 10^–1) = 1.

Contoh Menghitung pH Larutan Asam Kuat

Hitunglah pH dari: (a) HNO₃ 0,5 M; (b) HCl 1,0 × 10^–10 M.

Jawab:

a. Oleh karena HNO₃ asam kuat maka HNO₃ terionisasi sempurna. Spesi yang ada dalam larutan adalah: H⁺, NO₃^– , OH^– dan H₂O. Ion H⁺ dan OH^– dari ionisasi air dapat diabaikan, sebab ion H⁺dari HNO₃ akan menggeser posisi kesetimbangan ionisasi air. Jadi, dalam larutan HNO₃, konsentrasi H⁺ hanya ditentukan oleh hasil ionisasi HNO₃. pH (HNO₃ 0,5 M) = –log (0,5) = 0,3.

b. Dalam larutan HCl 1,0 × 10^–10 M, spesi yang ada dalam larutan adalah H⁺, Cl^– , OH^–, dan H₂O. Pada kasus ini, konsentrasi H⁺ dari HCl sangat kecil dibandingkan konsentrasi H⁺ dari hasil ionisasi air, yaitu 1,0 × 10^–7 sehingga H⁺ dari HCl dapat diabaikan. Dengan demikian, pH larutan hanya ditentukan oleh konsentrasi H⁺dari hasil ionisasi air: pH (HCl 1,0 × 10^–10 M) = –log (1,0 × 10^–7) = 7. Sebenarnya, pH larutan lebih kecil dari 7 karena ada pergeseran kesetimbangan ionisasi air, akibat penambahan ion H⁺ dari HCl. Basa kuat seperti NaOH dan KOH, jika dilarutkan dalam air akan terionisasi sempurna dan bersifat elektrolit kuat. Persamaan ionnya:

NaOH(aq) →Na⁺(aq) + OH^–(aq)

Berapakah pH larutan basa kuat NaOH 0,01 M? Untuk mengetahui hal ini, perlu ditinjau spesi apa saja yang terdapat dalam larutan NaOH 0,01M. Oleh karena NaOH adalah basa kuat maka dalam larutan NaOH 0,01 M akan terdapat [Na⁺] = [OH^–] = 0,01 M. Disamping itu, ionisasi air juga memberikan sumbangan [H⁺] = [OH ] = 1,0 × 10^–7 M. Penambahan ion OH^– (NaOH) ke dalam air akan menggeser posisi kesetimbangan ionisasi air sehingga sumbangan OH^– dan H⁺ dari air menjadi lebih kecil dan dapat diabaikan. Dengan demikian, perhitungan pH larutan hanya ditentukan oleh konsentrasi ion OH^– dari NaOH melalui hubungan pKw = pH + pOH.

pH = pKw – pOH = 14 + log (1 × 10^–2) = 12

Contoh Menghitung pH Larutan Basa Kuat

Hitunglah pH larutan Mg(OH)₂ 0,01 M?

Jawab:

Oleh karena Mg(OH)₂ basa kuat divalen maka dalam air akan terionisasi sempurna.

Mg(OH)₂(aq) → Mg²⁺(aq) + 2OH^– (aq)

Setiap mol Mg(OH)₂ menghasilkan 2 mol ion OH^– maka OH^– hasil ionisasi air dari 0,01 Mg(OH)₂terbentuk [OH– ] = 0,02 M. Karena sumbangan OH^– dari ionisasi air sangat kecil maka dapat diabaikan. Dengan demikian, pH larutan dapat ditentukan dari konsentrasi OH– melalui persamaan pKw.

pKw = pH + pOH

14 = pH + log (2 × 10^–2)

pH = 14 – 1,7 = 12,3

2. Perhitungan pH Asam dan Basa Lemah Monoprotik

Seperti telah diuraikan sebelumnya, konsentrasi ion-ion dalam larutan asam lemah ditentukan oleh nilai tetapan ionisasi asam (Ka).

K_a = [H⁺][A^-] [HA]^-1

Untuk asam monoprotik, pH larutan asam lemah dapat ditentukan dari persamaan berikut.

pH = –log √(C x Ka)

Demikian juga untuk basa lemah, konsentrasi ion OH– dalam larutan basa lemah ditentukan oleh tetapan ionisasi basa (Kb).

K_b = [OH^][B⁺] [BOH]^-1

Untuk basa monovalen, pH larutan basa lemah dapat dihitung dari persamaan berikut.

pH = pKw + log √(C x Kb)

Contoh Menghitung pH Larutan Asam Lemah

Asam hipoklorit (HClO) adalah asam lemah yang dipakai untuk desinfektan dengan K_a = 3,5 × 10^–8. Berapakah pH larutan asam hipoklorit 0,1 M?

Jawab:

Dalam air, HClO terionisasi sebagian membentuk kesetimbangan dengan ion-ionnya.

HClO(aq) ⇄ H+(aq) + OCl^–(aq) K_a = 3,5 × 10^–8

Demikian juga air akan terionisasi membentuk keadaan kesetimbangan.

H₂O(l) ⇄ H⁺(aq) + OH^–(aq) Kw = 1,0 × 10^–14

Karena konsentrasi ion H+ dari HClO lebih tinggi maka ion H⁺ dari air dapat diabaikan. Jadi, pH larutan ditentukan oleh konsentrasi ion H+ dari hasil ionisasi HClO. Karena HClO merupakan asam monoprotik maka dapat menerapkan persamaan untuk menentukan pH larutan.

pH = –log [√(3,5x10^-8 x 0,1)] = 4,23

3. Perhitungan pH Asam dan Basa Poliprotik

Apakah yang dimaksud dengan asam poliprotik? Asam-asam seperti H₂SO₄, H₂CO₃, H₂C₂O₄, dan H₃PO₄ tergolong asam poliprotik. Berdasarkan contoh tersebut, Anda dapat menyimpulkan bahwa asam poliprotik adalah asam yang dapat melepaskan lebih dari satu proton (ion H⁺). Di dalam air, asam-asam tersebut melepaskan proton secara bertahap dan pada setiap tahap hanya satu proton yang dilepaskan. Jumlah proton yang dilepaskan bergantung pada kekuatan asamnya. Untuk asam-asam kuat seperti H₂SO₄, pelepasan proton yang pertama sangat besar, sedangkan pelepasan proton kedua relatif kecil dan berkesetimbangan. Asam-asam lemah seperti H₂CO₃, pelepasan proton pertama dan kedua relatif kecil dan berkesetimbagan.

Tinjaulah asam lemah diprotik, misalnya H₂CO₃. Di dalam air, H₂CO₃terionisasi membentuk kesetimbangan. Persamaannya:

H₂CO₃(aq) ⇄ H⁺(aq) + HCO₃^–(aq) K_a1 = [H+] [HCO₃^-] [H₂CO₃]^-1 = 4,3×10^-7

HCO₃^–(aq) ⇄ H+(aq) + CO₃^2–(aq) K_a2 = [H⁺][CO₃^2-] [HCO₃^-] ^-1 = 5,6×10^-11

Oleh karena ada dua tahap ionisasi maka ada dua harga tetapan kesetimbangan, ditandai denganK_a1 dan K_a2, dimana K_a1 >> K_a2.

a. Asam Fosfat (H₃PO₄)

Asam fosfat tergolong asam triprotik yang terionisasi dalam tiga tahap. Persamaan reaksi ionisasinya adalah sebagai berikut.

H₃PO₄(aq) ⇄ H⁺(aq) + H₂PO₄^–(aq)

K_a1 = [H⁺][H₂PO₄^-] [H₃PO₄]^-1 = 7,5×10^-3

H₂PO₄^–(aq) ⇄ H+(aq)+ HPO₄^2–(aq)

^{K_a2 = [H+][H₂PO₄2-] [H₃PO₄-]-1 = 6,2×10-8}

HPO₄^2–(aq) ⇄ H+(aq)+PO₄^3–(aq)

^{K_a3 = [H+][H₂PO₄3-] [H₃PO₄2-]-1 = 4,8×10-13}

Berdasarkan nilai tetapan ionisasinya, dapat diprediksi bahwa ionisasi tahap pertama sangat besar dan ionisasi berikutnya sangat kecil, seperti ditunjukkan oleh nilai K_a, dimana K_a1 >> K_a2 >> K_a3.Konsentrasi spesi asam fosfat dalam larutan: H₃PO₄ >> H₂PO₄– >>HPO₄^2–. Artinya, hanya ionisasi tahap pertama yang memberikan sumbangan utama pada pembentukan [H⁺]. Hal ini dapat menyederhanakan perhitungan pH untuk larutan asam fosfat.

b. Asam Sulfat (H₂SO₄)

Asam sulfat berbeda dari asam-asam poliprotik yang lain karena asam sulfat merupakan asam kuat pada ionisasi tahap pertama, tetapi merupakan asam lemah pada ionisasi tahap kedua:

H₂SO₄(aq) → H⁺(aq) + HSO₄^–(aq) K_a1 sangat besar

HSO₄^–(aq) ⇄ H⁺(aq) + SO₄^2–(aq) K_a2 = 1,2 × 10^–2