HARGA pH LARUTAN Bagian IX

HIDROLISIS LARUTAN GARAM (Lanjutan)

Bagaimana ulangan harian kalian? Sukses ya. Ibu ingin mengajak kalian mengenali jenis-jenis senyawa garam. Garam terdiri atas kation dan anion; kation maupun anion dapat monoatom dan poliatom. Jenis garam bergantung pada jenis kation dan anion.

1. Garam Normal

Garam normal terdiri atas kation dan anion sederhana. Jika garam ini dilarutkan ke dalam air, larutannya dapat bersifat asam, basa, atau netral. Mengapa hal ini dapat terjadi? Apakah perbedaan ini disebabkan oleh jenis kation dan anionnya? Ya, tentu saja. Bagaimana caranya mengenali sifat larutan itu? Diuji dengan indikator asam basa. Sebenarnya sebagian dari kalian sedang mempelajarinya bahkan sudah menghitung harga pHnya. Pada pembahasan sebelumnya, telah dijelaskan bahwa kation/anion dalam larutan garam ada yang kurang stabil akan mengalami hidrolisis, membentuk asam/basa yang lebih stabil.

a. Garam dengan kation/anion dari basa/asam kuat

Contoh Na2SO4(aq). Na+(aq) dan SO42-(aq) keduanya stabil sehingga tidak bereaksi dengan air. Ingat bahwa basa dari Na+(aq) adalah NaOH(aq) dan asam dari SO42-(aq) adalah H2SO4(aq). Kedua basa dan asam ini tergolong elektrolit kuat, sehingga dalam persamaan ion simbolnya ditulis sebagai OH-(aq) dan H+(aq). Karena reaksi dalam larutan elektrolit dilakukan dalam larutan encer, maka asam kuat dan basa kuat terurai sempurna. 

Na2SO4(aq) --> 2Na+(aq) + SO42-(aq)

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

Karena kation dan anion tidak bereaksi dengan air, maka kesetimbangan air tidak terganggu. Harga pH larutan = pH air = 7 pada 25oC (298K).

Dapat disimpulkan bahwa garam di atas tidak mengalami hidrolisis, larutan bersifat netral.     

b. Garam dengan kation dari basa lemah

Contoh NH4Cl(aq). Larutan garam ini dapat memerahkan kertas lakmus biru. Ini berarti bahwa  larutan garam ini bersifat asam, pHnya kurang dari 7. Jika kita melihat rumus kimianya, garam ini memiliki anion Cl- yang stabil karena berasal dari asam kuat HCl(aq); maka anion ini tidak bereaksi dengan air. Sedang kationnya, NH4+ kurang stabil karena berasal dari basa lemah NH3 atau NH4OH. Oleh karena itu, kation ini bereaksi dengan air sehingga dikatakan bahwa larutan garam ini mengalami hidrolisis parsial kation. 

NH4+(aq) + H2O(l) == NH3(aq) + H3O+(aq) 

NH4+(aq) sebagai asam mendonorkan protonnya kepada H2O(l) membentuk basa konyugasi NH3(aq) yang tergolong basa lemah. H2O(l) sebagai basa berubah menjadi asam konyugasi H3O+(aq). Proton atau ion H+(aq) tidak pernah bebas bergerak sendirian, ion ini terikat secara koordinasi dengan H2O(l) sebagai pelarut. Lakmus biru menjadi merah karena larutan garam ini menghasilkan asam H3O+(aq) atau secara sederhana menurut Arrhenius, H+(aq).

Bagaimana cara menghitung pHnya?
Karena reaksi hidrolisis, maka melibatkan Kw. Garam ini mengandung kation dari basa lemah, sehingga melibatkan Kb dan konsentrasi ion yang mengalami hidrolisis. Karena larutannya bersifat asam maka kelebihan ion H+(aq), sehingga [H+] ini dapat dihitunf sebagai berikut:


[H+] = V Kw/Kb x [NH4+]


Kw/Kb = Kh, maka kalian juga dapat menghitung harga Khnya. Huruf h menyatakan derajat hidrolisis, yaitu banyaknya ion yang terhidrolisis / mula-mula. 

c. Garam dengan anion dari asam lemah

Contoh CH3COONa(aq). Larutan ini membirukan kertas lakmus merah, jadi bersifat basa, pHnya lebih besar dari 7. Ion Na+(aq) stabil, ion CH3COO-(aq) kurang stabil, bereaksi dengan air mengalami hidrolisis parsial anion. Basa CH3COO-(aq) mendapat proton dari air membentuk asam konyugasi CH3COOH(aq) yang lebih stabil.

CH3COO-(aq) + H2O(l) == CH3COOH(aq) + OH-(aq)

H2O(l) sebagai asam, setelah donor proton berubah menjadi basa konyugasi OH-(aq). Harga pHnya dihitung melalui besarnya [OH-] dalam larutan,


[OH-] = V Kw/Ka x [CH3COO-] ; Kh = Kw/Ka.

d. Garam dengan kation/anion dari basa/asam lemah

Jika lakmus biru dan merah kita tetesi larutan ini, maka ada 3 sifat yang berbeda, yaitu ada yang netral, asam, dan basa. Karena kation dan anionnya berasal dari basa dan asam lemah, kedua kation dan anion itu kurang stabil, semuanya terhidrolisis dan digolongkan pada hidrolisis sempurna atau total. Namun, sifatnya dapat berbeda karena dipengaruhi oleh harga Ka dan Kbnya. Jika Ka = Kb, tentu kekuatannya seimbang, sehingga pHnya netral. Otomatis, kalau Ka lebih besar, bersifat asam dan Kb lebih besar, larutan bersifat basa.


1) Contoh CH3COONH4(aq). Ka = Kb = 1,8 x 10-5. 
CH3COO-(aq) + H2O(l) == CH3COOH(aq) + OH-(aq)
NH4+(aq) + H2O(l) == NH3(aq) + H3O+(aq)
Karena Ka = Kb, maka jumlah ion H+(aq) atau H3O+(aq) = jumlah ion OH-(aq). Larutan bersifat netral, pH = 7.


2) Contoh HCOONH4(aq), Ka = 10-4, sedang Kb = 1,8 x 10-5. 
HCOO-(aq) + H2O(l) == HCOOH(aq) + OH-(aq)
NH4+(aq) + H2O(l) == NH3(aq) + H3O+(aq)
[H3O+] atau [H+] lebih besar dari [OH-], larutan bersifat asam.
[H+] = V Kw/Kb x Ka


3) Contoh NH4CN(aq), Ka = 10-10 sedang Kb = 1,8 x 10-5. 
NH4+(aq) + H2O(l) == NH3(aq) + H3O+(aq)
CN-(aq) + H2O(l) == HCN(aq) + OH-(aq)
[OH-] lebih besar dari [H3O+] maka larutan bersifat basa.

HARGA pH LARUTAN Bagian VIII

HIDROLISIS GARAM (Lanjutan)

Harga pH Larutan Garam yang mengalami Hidrolisis Parsial Anion

Kita gunakan contoh pada pembahasan sebelumnya, yaitu CH3COOH(aq) 100 mL 0,1M + NaOH(aq) 100 mL 0,1M. Tentukan pH larutan.

(pm) CH3COOH(aq) + NaOH(aq) == CH3COONa(aq) + H2O(l)

(pi) CH3COOH(aq) + OH-(aq) == CH3COO-(aq) + H2O(l)  

Dalam 200 mL larutan, sebanyak 10 mmol CH3COOH(aq) bereaksi dengan 10 mmol NaOH(aq) membentuk 10 mmol CH3COONa(aq) atau yang lebih tepat, 10 mmol CH3COOH(aq) bereaksi dengan 10 mmol OH-(aq) membentuk 10 mmol CH3COO-(aq).

CH3COONa(aq) atau CH3COO-(aq) yang terbentuk mengalami hidrolisis parsial anion.

Nah sekarang perhatikan persamaan reaksi di atas dari kanan ke kiri, atau dapat ditulis lagi sebagai berikut,

CH3COO-(aq) + H2O(l) == CH3COOH(aq) + OH-(aq)

Persamaan ini mungkin lebih mudah bagi kalian, karena telah dibalik.

10 mmol CH3COO-(aq) bereaksi dengan H2O(l) membentuk CH3COOH(aq) dan OH-(aq).

Untuk sementara dianggap CH3COOH(aq) dan OH-(aq) tepat habis. Sekarang, kalau kalian juga menganggap CH3COO- habis, ini berarti bahwa tidak terjadi reaksi. Kalau begitu, bagaimana cara menentukan hasil akhir dari perhitungan pH di atas?

Kalian harus memprediksi keadaan larutan melalui sifat komponen larutan tersebut. Nah, CH3COOH(aq) adalah asam lemah; zat ini lebih banyak berupa molekul dibanding ion-ionnya. Katakanlah 0,1M cuka Ka = 10-5 berarti tiap 100 molekul yang terionisasi 1 molekul, menjadi 1 ion H+ dan 1 ion CH3COO-. Maka asam lemah lebih stabil dalam bentuk molekul. Sekarang perhatikan NAOH(aq). Larutan ini tergolong elektrolit kuat dan pembawa sifat basa adalah OH-(aq). Jadi kristal NaOH pada waktu dilarutkan ke dalam air, kisi kristalnya rusak, ion-ion Na+ dan OH- tersebar diantara molekul-molekul air. Ion-ion Na+(aq) cukup stabil, sehingga dalam reaksi kimia, ion-ion ini tetap tinggal di dalam larutan. Ketika ion-ion OH-(aq) bereaksi, Na+(aq) tidak ikut bereaksi.

Sekarang kembali pikirkan persamaan reaksi terdahulu. CH3COOH(aq), molekulnya cukup stabil, sifatnya pasif. Ion-ion OH-(aq) lebih aktif, sehingga pada saat menumbuk CH3COOH(aq), ikatan O-H pada gugus -COOH dari CH3COOH putus, bergabung dengan OH-(aq) membentuk H2O(l). Sedang CH3COOH(aq) berubah menjadi CH3COO-(aq). CH3COOH(aq) bertindak sebagai asam (proton donor) membentuk basa konyugasi CH3COO-(aq). Pada saat yang bersamaan, basa konyugasi  CH3COO-(aq) ini bertumbukan dengan H2O(l), mengalami hidrolisis parsial anion, membentuk kembali asam CH3COOH(aq). 

Menurut BL CH3COOH(aq) bersifat asam lemah dan konyugasinya, CH3COO-(aq) bersifat basa kuat. Setelah setimbang, sisa CH3COO-(aq) lebih sedikit dibanding sisa CH3COOH(aq). Berarti ruas kiri sisanya lebih banyak, termasuk OH-(aq) dibanding ruas kanan. Setelah mengalami kesetimbangan, larutan bersifat basa yang dapat ditunjukkan dengan indikator phenolphtalein (PP) berwarna merah. 

Secara mudah dan cepat dapat disimpulkan bahwa asam lemah + basa kuat dengan jumlah mol sama, bersifat basa. Karena, LEMAH KALAH, KUAT MENANG. Jadi setelah kesetimbangan tercapai, tentu OH-(aq) sisa.

[OH-]= VKw/Ka x [CH3COO-]= V10-14/10-5 x 10/200= V10-9 x 5 x 10-2= V50 x 10-8= 7.10-4

pOH = 4 - log 7; pH = 10 + log 7.

Bagaimana jika larutan basa lemah, NH3(aq) direaksikan dengan larutan asam kuat, HCl(aq)? Apakah persamaan reaksinya juga dua arah? Ya, benar.

Apakah LEMAH KALAH, KUAT MENANG? Ya, ya, ya.

Karena basa lemah asam kuat, apakah setelah setimbang larutan bersifat asam? Tentulah begitu.

Berapa pHnya? Apakah lebih kecil dari 7? Pasti.

Ibu sangat berharap, kalian dapat memahami pembahasan di atas. Lanjutkan, kalian tentu BISA. Semangat, semangat, selamat belajar.

HARGA pH LARUTAN Bagian VII

HIDROLISIS LARUTAN GARAM

Sampailah kita pada pembahasan suatu peristiwa hidrolisis, khususnya yang terjadi pada larutan garam. Untuk itu, ibu akan mengingatkan kepada kalian tentang pengertian dan jenis garam. Apakah senyawa garam itu? Senyawa ini terdiri atas kation dan anion. Baik kation maupun anion dapat berupa monoatom atau poliatom. Kalian sudah memiliki daftar kation dan anion pada waktu kelas X. Contohnya, semua kation berasal dari logam, kecuali NH4+. Kation ini sangat penting dalam pembahasan hidrolisis larutan garam. 

Pada reaksi netralisasi, kation dari larutan basa dan anion dari larutan asam dapat membentuk larutan garam atau endapan garam, bergantung pada kelarutan garam tersebut. Karena pembahasan ini mengenai larutan garam, maka kita tidak membicarakan garam yang sukar larut. Garam yang sukar larut ini akan kita bahas setelah pH larutan selesai, sampai dengan titrasi asam basa.

Apabila suatu senyawa garam dilarutkan ke dalam air, maka kation dan anion yang sebelumnya terikat kuat oleh kisi kristal, akan terlepas dan tersebar diantara molekul air. Air sebagai pelarut polar telah merusak kisi kristal garam. Di dalam larutan terdapat molekul-molekul air, sedikit ion H+ dan OH- dari air dalam sistem kesetimbangan dengan kw = 10-14 pada 25oC (298K), kation dan anion garam. Partikel-partikel ini bergerak, saling tarik menarik apabila muatannya berbeda dan tolak menolak jika muatannya sama. Keadaan inilah yang menyebabkan terjadinya reaksi hidrolisis, yaitu reaksi antara kation/anion garam yang kurang stabil dengan molekul-molekul air yang jumlahnya cukup banyak. Seperti yang telah kalian pelajari, kutub positif H pada H2O tarik menarik dengan ion negatif (anion) garam dan kutub negatif O pada H2O tarik menarik dengan ion positif (kation) garam. Jika kation/anion garam keadaannya cukup stabil, mereka lebih suka tetap tinggal sebagai ion. Namun jika kation/anion itu kurang stabil, maka akan bereaksi dengan molekul-molekul air. 

Jadi reaksi hidrolisis adalah reaksi antara kation/anion garam yang kurang stabil dengan molekul-molekul air. Jika salah satu ion (kation atau anion) yang terhidrolisis, maka peristiwanya dinamakan hidrolisis sebagian (parsial) kation, atau hidrolisis parsial anion. Sedang ion yang cukup stabil, tetap berada dalam larutan, tidak ikut bereaksi. Suatu senyawa garam yang kation dan anionnya kurang stabil, maka akan mengalami hidrolisis total (sempurna). Jika kation kurang stabil bertemu dengan molekul air, tarik menarik dengan kutub negatif O, maka putuslah ikatan kovalen air, menjadi ion-ion H+ dan OH-. Pada saat itu juga, OH- bereaksi dengan kation garam dan larutan bersifat asam, karena kelebihan ion H+. Sebaliknya, jika anion kurang stabil tarik menarik dengan kutub positif H dari air, maka ikatan kovalen air putus, ion H+ bereaksi dengan anion garam dan larutan bersifat basa karena kelebihan ion OH-. Okay, ibu akan berikan contoh di bawah ini.

Pada pembahasan yang lalu, kalian telah mempelajari pH campuran antara larutan asam kuat dengan larutan basa kuat. Kemudian, dilanjutkan dengan pH campuran antara asam lemah dengan basa kuat. Ketika asam lemah dicampur dengan basa kuat yang berlebihan, maka larutan bersifat basa, pHnya ditentukan oleh kelebihan OH- dalam campuran tersebut. Namun ketika suatu campuran mengandung asam lemah yang berlebihan dan basa kuat sebagai pereaksi pembatas, maka campuran larutan dinyatakan sebagai larutan penyangga.

Nah sekarang ibu ajak kalian mengembangkan nalar untuk berpikir tentang peristiwa yang berbeda. Apa yang terjadi jika kalian mencampur suatu larutan asam lemah dengan larutan basa kuat dalam jumlah mol yang sama? Tentu kejadiannya akan berbeda, tidak seperti perhitungan pH yang telah dibahas di atas. Memang campuran antara larutan asam dengan larutan basa dapat diklasifikasi menjadi 3, asamnya sisa, atau basanya sisa, atau keduanya tepat habis. Nah, yang terakhir inilah akan menjadi pemikiran kita.

Contoh : CH3COOH(aq) 100 mL 0,1M + NaOH(aq) 100 mL 0,1M.

(pm) CH3COOH(aq) + NaOH(aq) == CH3COONa(aq) + H2O(l)

(pi) CH3COOH(aq) + OH-(aq) == CH3COO-(aq) + H2O(l)

Jika kalian perhatikan persamaan reaksi molekuler (pm), 10 mmol asam + 10 mmol basa, keduanya tepat habis membentuk larutan garam, CH3COONa(aq) sebanyak 10 mmol. Volum campuran 200 mL. Benarkah asam dan basa tersebut habis, atau sama dengan nol? Sementara katakanlah keduanya habis, larutan yang ada dinamakan larutan garam, CH3COONa(aq). Pada pembahasan peristiwa hidrolisis di atas, dinyatakan bahwa larutan garam seperti CH3COONa(aq) yang terdiri atas kation Na+, cukup stabil dan anion CH3COO-(aq) yang kurang stabil, akan mengalami hidrolisis parsial anion, sehingga CH3COO-(aq) bereaksi dengan H2O(l) membentuk CH3COOH(aq) dan OH-(aq). Larutan garam ini bersifat basa, karena mengandung kelebihan ion OH-(aq). 

Sekarang perhatikan persamaan reaksi di atas. Reaksi hidrolisis yang baru saja kita bahas di atas, ternyata merupakan reaksi balik dari persamaan di atas. Jadi jika kita membaca persamaan itu dari kiri ke kanan, maka reaksi itu tergolong reaksi netralisasi. Namun jika kita membacanya dari kanan ke kiri, maka reaksi itu merupakan reaksi hidrolisis. Ingat pembahasan terdahulu, bahwa persamaan reaksi itu ditulis dengan panah dua arah jika melibatkan larutan asam/basa lemah. 

Apakah larutan asam lemah dan basa kuat dalam jumlah mol yang sama tadi benar-benar habis? Tidak, okay? Karena proses di atas sebenarnya terjadi bersamaan. Molekul-molekul CH3COOH bertumbukan dengan ion-ion OH-; pada tumbukan efektif, terbentuklah CH3COO- dan H2O. Padasaat yang bersamaan, ion-ion CH3COO- bertumbukan dengan molekul-molekul H2O dan tumbukan efektif menghasilkan CH3COOH dan OH-. Reaksi ke kanan adalah netralisasi, sedang reaksi ke kiri termasuk reaksi hidrolisis. Kedua reaksi ini berlangsung dalam dua arah. Menurut BL, asam CH3COOH sebagai proton donor membentuk basa konyugasi CH3COO- dan basa CH3COO- dapat bertumbukan dengan H2O membentuk asam CH3COOH. Untuk mempermudah permasalahan, maka dalam menghitung pH larutan ini, sementara anggap saja keduanya habis, hitunglah jumlah mol larutan garamnya atau tepatnya basa konyugasi CH3COO-. Setelah itu barulah gunakan rumus hidrolisis parsial anion untuk menentukan pH larutan, okay? Ayo kerjakan.

        

HARGA pH LARUTAN Bagian VI

SIFAT LARUTAN PENYANGGA (LANJUTAN)

PENGARUH PENAMBAHAN SEDIKIT ASAM KUAT

Okay, pikirkan pengaruh penambahan HCl(aq) 0,1M 1mL ke dalam campuran penyangga basa yang telah dibahas sebelumnya, yaitu pengaruh pengenceran. 

NH3(aq) + NH4Cl(aq) masing-masing 0,1M dan volumnya 100 mL. Kb NH3(aq) = 2 x 10-5.

Apa yang terdapat di dalam larutan HCl(aq)? Ion-ion H+ dan Cl-. Ion manakah yang berpengaruh terhadap pergeseran kesetimbangan dalam larutan penyangga? Ion-ion H+. Ya, benar. Sekarang tunjukkan terjadinya aksi reaksi dalam sistem penyangga ini.

Ion-ion H+ yang ditambahkan, bergerak menyebar ke seluruh larutan, bertumbukan dengan partikel-partikel yang ada, tolak menolak apabila bertemu dengan muatan sama, tarik menarik jika muatannya berbeda. Partikel apa saja yang ada dalam larutan penyangga itu? NH3 dan NH4+. Bagaimana dengan ion-ion Cl-? Ion-ion itu baik dari penyangga maupun dari HCl(aq) yang ditambahkan tidak berpengaruh terhadap pergeseran kesetimbangan. Ion-ion H+ dengan ion-ion NH4+ tolak menolak. Ion-ion H+ tertarik oleh molekul-molekul polar NH3 pada kutub negatif N. Ingat bahwa NH3 adalah molekul polar, N berkutub negatif dan memiliki sebuah pasangan elektron bebas. Ion-ion H+ diikat oleh NH3 dengan ikatan koordinasi membentuk ion-ion NH4+. Ingat, menurut BL NH3 adalah basa, maka bertindak sebagai proton akseptor, membentuk asam konyugasi, NH4+. Maka kesetimbangan penyangga di bawah ini bergeser ke kanan, sebagai reaksi atas adanya aksi, yaitu penambahan H+.

NH3(aq) + H+(aq) ↔ NH4+(aq)

Jumlah H+(aq) = 1 mmol/mL x 1 mL = 1 mmol.

NH3(aq) yang bereaksi = 1 mmol; NH3(aq) sisa = (10 – 1) mmol = 9 mmol.

NH4+(aq) bertambah 1 mmol, sehingga jumlahnya menjadi 11 mmol.

[OH-] = 2 x 10-5 x 9/11 ( ratio 9/11 sebelumnya 10/10) = 18/11 x 10-5. Angka 18/11 memang lebih kecil disbanding 2, namun perubahan itu tidak signifikan terhadap 10-5. pOH = 5 – log 18/11; pH = 9 + log 18/11. Semula pH = 9 + log2 = sekitar 9,3 berubah menjadi 9 + log18/11 = sekitar 9,2.

PENGARUH PENAMBAHAN SEDIKIT BASA KUAT

Bagaimana perubahan pH penyangga jika sekarang ditambahkan sedikit basa kuat? Sebagai contoh, larutan basa yang ditambahkan NaOH(aq) 0,1M 1mL.

NH3(aq) + NH4Cl(aq) masing-masing 0,1M dan volumnya 100 mL. Kb NH3(aq) = 2 x 10-5.

Dalam larutan NaOH(aq) terdapat ion-ion Na+ dan OH-. Ion-ion OH- akan berpengaruh terhadap pergeseran kesetimbangan dalam larutan penyangga. Ion-ion ini menyebar ke seluruh larutan, tarik menarik dengan ion-ion NH4+, kemudian mengambil ion H+ (proton akseptor) dan membentuk H2O, sedangkan NH4+ berubah menjadi NH3. Sehingga terjadilah pergeseran kesetimbangan, jumlah ion-ion NH4+ berkurang, NH3 bertambah. Bagaimana dengan ion-ion Na+ dari larutan NaOH dan ion-ion Cl- dari larutan penyangga? Apa yang terjadi dengan ion-ion itu? Ion-ion itu tidak berpengaruh terhadap pergeseran kesetimbangan, mereka tetap berada dalam larutan dan stabil.

NH4+(aq) + OH-(aq) ↔ NH3(aq) + H2O(l)

Jumlah OH-(aq) = 1 mmol/mL x 1 mL = 1 mmol.

NH4+ (aq) yang bereaksi = 1 mmol; sisanya = (10 – 1) mmol = 9 mmol.

NH3(aq) bertambah 1 mmol, sehingga jumlahnya menjadi 11 mmol.

[OH-] = 2 x 10-5 x 11/9 ( ratio 11/9 sebelumnya 10/10) = 22/9 x 10-5. Angka 22/9 memang lebih besar dibanding 2, namun perubahan itu tidak signifikan terhadap 10-5. pOH = 5 – log 22/9; pH = 9 + log 22/9. Semula pH = 9 + log2 = sekitar 9,3 berubah menjadi 9 + log2,5 = sekitar 9,4.

Bagaimana kejadian ini dapat disimpulkan?

Apabila suatu larutan penyangga basa diencerkan, pHnya selalu tetap; apabila ditambahkan sedikit asam kuat/basa kuat, pHnya mengalami penurunan/kenaikan yang tidak signifikan. Seperti contoh di atas, pHnya dari 9,3 berubah menjadi 9,2 dan 9,4 (turun dan naik 0,1).

Tugas kalian untuk mengembangkan pikiran, apa yang terjadi apabila pengaruh di atas diberikan kepada larutan penyangga asam. Selamat belajar, sukses selalu, doa ibu menyertai kalian.

HARGA pH LARUTAN Bagian V

SIFAT LARUTAN PENYANGGA

Mengapa larutan ini dinamakan larutan penyangga? Kata penyangga memberikan arti bahwa larutan tersebut mampu mempertahankan harga pH terhadap pengaruh luar, pengenceran atau penambahan sedikit asam/basa kuat. Apakah sifat larutan penyangga ini bermanfaat bagi kehidupan? Ya, sangat bermanfaat. Salah satu contoh, darah kita merupakan larutan penyangga; pH darah cukup stabil menghadapi pengaruh pengenceran atau penambahan asam/basa kuat.

Ada berapa macam larutan penyangga? Dua, yaitu penyangga asam dan penyangga basa. Penyangga asam berdasarkan kesetimbangan asam lemah, harga pHnya sekitar 5; penyangga basa mengacu pada kesetimbangan basa lemah, pHnya sekitar 9. Apakah penyangga asam itu? Dan apa pula penyangga basa? Contoh penyangga asam telah dibahas, yaitu suatu campuran asam lemah dengan basa konyugasinya; sedang penyangga basa adalah campuran basa lemah dengan asam konyugasinya. Contoh penyangga asam : CH3COOH(aq) + CH3COONa(aq); contoh penyangga basa : NH3(aq) + NH4Cl(aq).

Mengapa contoh penyangga asam merupakan campuran asam lemah dengan larutan garam yang mengandung anion senama dan penyangga basa adalah campuran basa lemah dengan larutan garam yang mengandung kation senama? Ya, anion senama itulah sebagai basa konyugasi dari asamlemah dan kation senama tersebut adalah asam konyugasi dari basa lemahnya. Oh jadi kalau di laboratorium kita ingin membuat suatu larutan penyangga asam/basa, kita dapat menggunakan garam sebagai basa/asam konyugasi. Ya, benar begitulah.

Bolehkah penyangga asam dikatakan sebagai campuran asam lemah dengan garamnya dan penyangga basa merupakan campuran basa lemah dengan garamnya? Boleh, asalkan kalian berhati-hati, hubungan timbal balik antar komponen dalam sistem kesetimbangan yang dapat melakukan reaksi apabila diberikan aksi sesuai dengan azas Le Chatelier dalam pergeseran kesetimbangan kimia adalah asam lemah dengan basa konyugasinya dan basa lemah dengan asam konyugasinya, bukan garamnya.

Ingat bahwa larutan garam ybs. terdiri atas basa konyugasi dengan kation yang stabil atau asam konyugasi dengan anion yang stabil. Kation/anion stabil itu berada dalam larutan, diluar sistem kesetimbangan. Sama sekali ion-ion itu tidak ikut ambil bagian dalam sistem penyangga, jadi dapat dikatakan bukan bagian dari penyangga. Apabila dalam menuliskan suatu rumus, kation/anion stabil itu dilibatkan, itu hanyalah bermaksud mempermudah persoalan, jangan sampai menjadi rancu, bahkan salah konsep, dikatakan bahwa yang benar itu garam, dan sama sekali tidak menyinggung atau menggunakan basa/asam konyugasi dalam permasalahan sifat larutan penyangga. Banyak siswa belajar penyangga namun merasa asing dengan istilah basa/asam konyugasi, bahkan teori asam/basa Bronsted-Lowry yang telah dipelajari juga tidak dapat dipahami dengan baik dan benar, apalagi diaplikasikan/diterapkan ke situasi lain. Semoga pembaca dan pengguna WEB ini tidak seperti itu setelah ini. Ayolah kita tingkatkan terus penalaran ilmu pengetahuan yang kita miliki, kita kembangkan terus wawasan kita. Marilah kita selalu berpegang pada kebenaran, jangan sampai ilmu pengetahuan yang kita sebar luaskan ini salah. Apa jadinya nanti,kalau ilmu yang kita sebarkan itu salah.

PENGARUH PENGENCERAN TERHADAP LARUTAN PENYANGGA

Pada pembahasan sebelumnya, penyangga asam telah sering digunakan sebagai contoh. Kali ini contohnya adalah penyangga basa.

NH3(aq) + NH4Cl(aq) masing-masing 0,1M dan volumnya 100 mL. Kb NH3(aq) = 2 x 10-5.

Larutan penyangga ini kita encerkan dari 200 mL menjadi 300 mL. Tentukan pH sebelum dan setelah pengenceran.

Sebelum kedua komponen di atas dicampur, n NH3(aq) = 0,1mmol/mL x 100 mL = 10 mmol dan n NH4+(aq) = 0,1 mmol/mL x 100 mL = 10 mmol. Setelah dicampur, [NH3] = [NH4+] = 10/200M = 0,05M.

Sebelum pengenceran, [OH-] = Kb x [NH3]/[NH4+] = 2 x 10-5 x 0,05/0,05 = 2 x 10-5. Harga pOH = 5 – log2; pH = 14 – (5 – log2) = 9 + log 2.

Setelah pengenceran, [NH3] = [NH4+] = 10/300 M = 0,3 M.

[OH-] = 2 x 10-5 x 0,3/0,3 = 2 x 10-5; pOH = 5 – log 2; pH = 9 + log 2.

Nah, pada pengenceran ternyata harga pHnya tetap sebelum dan setelah pengenceran. Mengapa pHnya bias tidak berubah? Tentu saja tidak berubah, kedua komponen basa lemah dan asam konyugasinya berada dalam satu wadah, satu sistem kesetimbangan. Cermati rumusnya, kedua komponen merupakan suatu perbandingan, sehingga jika ditambahkan air berapapun volumnya, ratio antara keduanya selalu tetap.

Untuk mengembangkan nalar kalian, lanjutkan pembahasan ini dengan menambahkan sedikit asamkuat atau sedikit basa kuat ke dalam salah satu contoh larutan penyangga yang telah dibahas. Kalian dapat menambahkan HCl(aq) 0,1M 1mL atau NaOH(aq) 0,1M 1mL. Siap? Bila mungkin, kerjakan keduanya. Selamat belajar, sukses. Doa ibu selalu menyertai kalian.

HARGA pH LARUTAN Bagian IV

LARUTAN PENYANGGA

Nah, sekarang marilah kita lanjutkan pembahasan tentang terjadinya suatu larutan penyangga, perhitungan pH dan sifat-sifat larutan tersebut. Untuk itu, ibu ingin bertanya lebih dahulu, apakah kalian sudah mengikuti dan memahami pembahasan terdahulu, yaitu harga pH larutan bagian III. Jika diantara kalian ada yang belum melakukannya, saran ibu, aturlah waktumu, belajarlah secara bertahap, ikuti dahulu pembahasan bagian I, II, dan III, barulah kalian lanjutkan mencermati pembahasan ini.

Pada waktu kalian mencampur suatu larutan asam lemah dengan suatu larutan basa kuat, asam lemahnya berlebihan, maka apa yang terjadi dengan campuran itu? Bagaimana jenis dan susunan partikel-partikel sebelum dan sesudah dicampur?

Ya, ibu bantu memperbaiki kalimat kalian sehingga alur pikiran atas jawaban pertanyaan di atas dapat dipahami oleh siapapun yang sedang berupaya mengikuti pembahasan ini. Bandingkan hasil pemikiran kalian dengan uraian berikut. Agar penjelasan lebih gamblang, kita harus menggunakan contoh konkrit.

Larutan asam asetat (asam cuka), CH3COOH(aq) 0,2M 100 mL dicampur dengan larutan natrium hidroksida, NaOH(aq) 0,1M 100 mL. Ka asam cuka = 2 x 10-5

Sebelum dicampur, larutan asam cuka terdiri atas molekul-molekul CH3COOH dalam jumlah cukup banyak, ion-ion H+ dan CH3COO- yang jumlahnya relatif sedikit, molekul-molekul air yang sangat banyak, dan ion-ion H+ serta OH- dari air yang sangat sedikit. Harga pH asam cuka ditentukan oleh banyaknya ion H+(aq) dan harga Kanya. Persamaan reaksi kesetimbangan asam cuka adalah :

CH3COOH(aq) ↔ CH3COO-(aq) + H+(aq)

[H+] = √ Ka. [CH3COOH] = √ 2 x 10-5 x 0,2 = 2 x 10-3 M

pH asam cuka = 3 - log2.

Sekarang kita lihat pH NaOH(aq) sebelum dicampur. Karena bersifat basa kuat, maka [OH-] = [NaOH] = 0,1M. Jadi pOH = - log 0,1 = 1. pH = 14 - 1 = 13.

Pada saat larutan asam cuka dengan pH = 3 - log2 sebanyak 100 mL dicampur dengan NaOH(aq) yang pHnya 13 sebanyak 100 mL, masing-masing partikel dari kedua larutan itu tersebar ke seluruh larutan yang volumnya menjadi 200 mL. Dalam larutan ini, partikel-partikel yang bermuatan sama akan tolak menolak dan partikel-partikel yang berbeda muatan saling tarik menarik. Ion-ion OH- begitu gencarnya menyerang molekul-molekul CH3COOH. Pada tumbukan yang efektif, ion-ion OH- berhasil menarik ion-ion H+ dari gugus fungsi -COOH pada molekul CH3COOH, membentuk molekul air dan molekul asam cuka berubah menjadi ion CH3COO-. Persamaan reaksinya adalah,

CH3COOH(aq) + OH-(aq) ↔ CH3COO-(aq) + H2O(l)

Menurut Bronsted-Lowry CH3COOH sebagai asam karena mendonorkan protonnya kepada OH- dan CH3COO- yang terbentuk merupakan basa konyugasi dari asam cuka. Sedang OH- yang berhasil menarik H+ dari CH3COOH merupakan basa karena proton akseptor. Tampak bahwa reaksi di atas terjadi karena adanya pertukaran proton, sehingga proses ini dinamakan protolisis. Hati-hati, asam basa konyugasi hanya berbeda satu ion H+. Reaksi di atas berlangsung dalam dua arah, sehingga jika ada pengaruh perubahan konsentrasi salah satu komponen dalam sistem kesetimbangan itu, terjadi pergeseran kesetimbangan.

Jumlah CH3COOH(aq) yang tersedia = 0,2 mmol/mL x 100 mL = 20 mmol.

Jumlah OH-(aq) yang tersedia = 0,1 mmol/mL x 100 mL = 10 mmol.

OH-(aq) adalah pereaksi pembatas, sehingga CH3COOH(aq) yang bereaksi = 10 mmol.

Sisa CH3COOH(aq) yang tidak bereaksi = (20 - 10) mmol = 10 mmol.

CH3COO-(aq) yang terbentuk = 10 mmol.

Volum campuran = (100 mL + 100 mL) = 200 mL.

Nah sekarang perhatikan susunan larutan di atas. Di dalam wadah reaksi terdapat campuran antara sisa CH3COOH(aq) 10 mmol dengan CH3COO-(aq) yang terbentuk sebanyak 10 mmol dalam 200 mL larutan. Persamaan kesetimbangannya adalah,

CH3COOH(aq) ↔ CH3COO-(aq) + H+(aq)

Dari persamaan di atas, kita dapat menghitung [H+] untuk menentukan pHnya. Karena persamaan di atas adalah persamaan kesetimbangan asam lemah CH3COOH, maka rumus harga Ka lah yang kita gunakan. Dari rumus Ka, konsentrasi 2 komponen sudah diketahui, yaitu masing-masing 10 mmol/200 mL (= 0,05M), kita tinggal menghitung [H+]. Seperti yang telah dibahas pada bagian III terdahuilu, rumusnya

[H+] = Ka x [CH3COOH] / [CH3COO-] atau rumus ini dapat disederhanakan menjadi

[H+] = Ka x na / nb (Ingat bahwa CH3COO- adalah basa konyugasi)

[H+] = 2 x 10-5 x 0,05/0,05 = 2 x 10-5.

pH = 5 - log2.

Jika kita tinjau harga pH dari asam cuka, maka larutan cuka pHnya semula 3 - log2, setelah dicampur dengan NaOH(aq), pH berubah menjadi 5 - log2.

Selanjutnya kita akan membahas sifat larutan penyangga, dengan membandingkan sifat larutan asam lemah murni dengan sifat larutan asam lemah tersebut yang telah bercampur dengan sejumlah tertentu basa konyugasinya. Kita akan melihat sejauh mana pengaruh penambahan basa konyugasi terhadap harga pH larutan suatu asam lemah. Pembahasan akan dilanjutkan pada pengaruh penambahan asam konyugasi terhadap pH larutan suatu basa lemah.

Selamat belajar.

HARGA pH LARUTAN Bagian III

Ibu akan lanjutkan membahas pH campuran. Jika larutan yang dicampurkan itu asam dan basa, tentulah terjadi reaksi kimia, yaitu reaksi netralisasi. Mengapa reaksi antara asam dan basa dinamakan reaksi netralisasi? Sebelum menghitung pH larutan, kalian telah belajar jenis reaksi ini. Ayolah panjangkan nalar kalian, jangan berhenti pada hafalan saja. Netralisasi ditujukan pada terjadinya penggabungan antara ion-ion H+ dari asam dengan ion-ion OH- dari basa membentuk molekul air yang netral. Ingat kan? Pastilah, karena reaksi ini tergolong mudah. Apakah jika asam dicampur dengan basa larutan yang dihasilkan selalu netral? Oh hati-hati. molekul H2O itu gabungan dari ion H+ dengan OH-. Jadi tentulah perbandingan partikel itu 1 : 1 : 1. Nah, jika jumlah ion-ion H+ dan ion-ion OH- sama, maka jumlah masing-masing ion yang bergabung juga sama, sehingga larutan tentu netral. Namun jika ion-ion H+ lebih banyak atau ion-ion OH- yang lebih banyak, tentu saja setelah terjadi reaksi netralsisasi, salah satu jenis ion masih tersisa. Sisa itulah yang menjadi penyebab larutan akhir dapat bersifat asam/basa.

1. Asam Kuat + Basa Kuat

a. Contoh : HCl(aq) 0,1M 20 mL + NaOH(aq) 0,1M 20 mL.

Persamaan reaksi molekuler (pm) HCl(aq) + NaOH(aq) --> NaCl(aq) + H2O(l)

Persamaan reaksi ion (pi) H+(aq) + OH-(aq) --> H2O(l)

Karena HCl(aq) = 2 mmol dan NaOH(aq) juga = 2 mmol,maka keduanya tepat habis, larutan menjadi netral, pH larutan = 7.

b. HCl(aq) + NaOH(aq) --> NaCl(aq) + H2O(l)

0,1M 20 mL + 0,1M 10 mL

HCl(aq)= 2 mmol sedang NaOH(aq)= 1 mmol. Sehingga HCl(aq) sisa 1 mmol. Volum larutan 30mL.

Larutan bersifat asam, [H+]= 1/30 M= 0,03 M. Harga pH campuran= - log 0,03= 2 - log3

c. HCl(aq) + NaOH(aq) --> NaCl(aq) + H2O(l)

0,1M 20 mL + 0,1M 30 mL.

HCl(aq) = 2 mmol sedang NaOH(aq) = 3 mmol. Maka terdapat sisa NaOH(aq) = 1 mmol.

[OH-] = 1/50 M = 0,02M. pOH = - log 0,02 = 2 - log2; pH = 14 - (2 - log2) = 12 + log2.

2. Asam Lemah + Basa Kuat

Kalian harus lebih berhati-hati dalam mempelajari reaksi ini. Asam lemah, hanya terionisasi sebagian, sehingga terjadilah kesetimbangan antara asam yang tidak terionisasi dengan ion-ionnya. Oleh karena itu, tanda panah reaksi adalah bolak balik (dua arah). Dalam perhitungan pH, akan melibatkan harga Ka. Jadi persamaan reaksi berikut tanda panahnya dua arah.

(pm) CH3COOH(aq) + NaOH(aq) == CH3COONa(aq) + H2O(l)

(pi) CH3COOH(aq) + OH-(aq) == CH3COO-(aq) + H2O(l)

Tanda panah dua arah berarti bahwa pereaksi (sebelah kiri panah) dapat bereaksi membentuk produk (sebelah kanan panah) dan sebaliknya reaksi dapat berlangsung dari kanan ke kiri.

a. Jika CH3COOH(aq) 0,1M 20 mL + NaOH(aq) 30 mL, maka dengan hitungan cepat, terlihat bahwa asamnya 2 mmol dan basanya 3 mmol. Untuk mudahnya, kita anggap asamnya habis, maka basanya sisa 1 mmol, volum larutan = 50 mL. Karena NaOH(aq) adalah basa kuat, maka terurai sempurna, sehingga jumlah ion OH- dari NaOH(aq) sangat berpengaruh pada sifat larutan; larutan bersifat basa.

pOH= - log[OH-]= - log1/50= - log 0,02= 2-log2. pH Campuran=14 - (2-log2)=12 + log2. 

b. Jika Asam Lemahnya sisa, contoh:CH3COOH(aq) 0,1M 20mL+NaOH(aq) 0,1M 10mL.

Tampak bahwa asamnya 2 mmol dan basa 1 mmol. Berarti asamnya sisa 1 mmol. Kalian selesaikan perhitungan itu sebagai berikut:

CH3COOH(aq) + OH-(aq) == CH3COO-(aq) + H2O(l)

2 mmol dan 1 mmol

CH3COOH(aq) sisa 1 mmol dan CH3COO-(aq) terbentuk 1 mmol. Volum larutan 30 mL.

Ingat bahwa sekarang kita berpikir tentang adanya pasangan CH3COOH(aq) dan CH3COO-(aq) yang berada dalam larutan. Karena asamnya lemah maka terdapat kesetimbangan asam lemah sebagai berikut,

CH3COOH(aq) == CH3COO-(aq) + H+(aq); Dalam kesetimbangan ini, CH3COOH(aq) 1 mmol dan CH3COO-(aq) juga 1 mmol. Dengan menggunakan data itu, kalian dapat menghitung [H+] nya. Hati-hati, hubungan yang ada antara ketiga jenis partikel di atas adalah hubungan kesetimbangan asam. Jadi kita gunakan persamaan harga Ka.

       [CH3COO-] [H+]

Ka= ---------------------

         [CH3COOH]

Menurut Bronsted-Lowry, CH3COO- adalah basa konyugasi dari asam CH3COOH.

[H+] = Ka x [Asam] / [ Basa Konyugasi] atau

[H+]= Ka x na/nb (n=mol, karena Volum asam dan basa konyugasi sama)

       = 2.10-5 x 1/1

pH  = 5 - log2

Campuran di atas mempunyai sifat khusus, yaitu jika diencerkan, berapapun volum air yang ditambahkan, pH larutan tetap. Jika ke dalam larutan itu ditambahkan sedikit asam kuat atau basa kuat, ternyata perubahan pHnya tidak signifikan. Campuran seperti ini dinamakan larutan Penyangga atau Dapar, atau Penahan, atau Buffer.

Larutan Penyangga ada 2 macam, yaitu Penyangga Asam dan Penyangga Basa. Penyangga Asam berdasarkan kesetimbangan Asam Lemah dan Penyangga Basa mengacu pada kesetimbangan Basa Lemah. Dengan cara yang sama, rumus untuk Penyangga Basa adalah sebagai berikut,

[OH-] = Kb x nb / na (a adalah asam konyugasi dari b)

Misalnya, NH3(aq) + NH4Cl(aq); NH3(aq) sebagai Basa Lemah dan NH4+(aq) sebagai asam konyugasi dari basa NH3(aq). Kesetimbangan basa lemahnya,

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

Nah, ibu rasa kalian dapat mengerjakan soal-soal yang menyangkut pH Penyangga. Sampai sekian dahulu artikel ibu, akan segera ibu terbitkan lanjutannya.

  

HARGA pH LARUTAN Bagian II

HARGA pH CAMPURAN

Kalian sedang belajar ya? Okay ibu sudah bantu kalian mempersiapkan diri menghadapi ulangan harian. Sekarang ibu akan lanjutkan menjawab pertanyaan kalian tentang pH larutan, khususnya mengenai campuran. Kalian merasa bingung kalau suatu larutan asam dicampur dengan larutan asam lain atau larutan basa. Nah sekarang ibu akan segera bantu, semoga dapat meningkatkan pemahaman, sehingga nilai kalian menjadi lebih bagus.

1. Campuran Asam Sejenis

Contoh : HCl(aq) 0,1M + HCl(aq) 0,3M dengan volum yang sama.

MV = M1V1 + M2V2 (V = V1 + V2), misal masing-masing 1 mL, maka V = 2 mL.

MV = 0,1.1 + 0,3.1 = 0,4; M Campuran = 0,4 / 2 = 0,2M

pH Campuran = - log 0,2 = 1 - log2

Jika volum berbeda, tinggal mengganti harga V1 dan V2 dan menjumlahkannya menjadi V campuran.

2. Campuran Asam Berbeda

a. Contoh : HCl(aq) 0,2M 30 mL + HNO3 0,1M 30 mL

Walaupun kedua asam ini berbeda, namun tidak berpengaruh terhadap perhitungan pHnya, karena perbedaan anion tidak memberikan arti. Harga pH ditentukan oleh [H+] dari keduanya. Rumus tetap seperti Campuran Asam Sejenis.

MV = M1V1 + M2V2 (V = 60mL)

MV = 0,2.30 + 0,1.30 = 9; M Campuran = 9/60 M = 0,15M.

pH Campuran = - log 0,15 = - log 3.5.0,01 = 2 - (log3 + log5) = 2 - (0,5 + 0,7) = 0,8.  

b. HCl(aq) 0,3M 60 mL+ H2SO4(aq) 0,1M 40 mL

Karena bilangan oksidasi anion berbeda, maka valensi asam juga berbeda. Seperti no. (2a) di atas, perbedaan anion tidak berpengaruh. Namun kalian harus memperhatikan akibat dari berbedanya bilangan oksidasi anion, yaitu perbandingan [H+] dengan [Asam]nya. Untuk H2SO4(aq), [H+] = 2.[H2SO4] = 0,2M

MV = M1V1 + M2V2

MV = 0,3.60 + 0,2.40 = 18 + 8 = 24

M Campuran = 24/100 = 0,24M.

pH Campuran = - log 0,24 = - log 3.8.0,01 = 2 - (log3 + 3log2) = 2 - (0,5 + 3.0,3) = 2 - 1,4 = 0,6.  

3. Campuran Basa Sejenis

Seperti halnya campuran asam sejenis, campuran basa sejenis menggunakan rumus

MV = M1V1 + M2V2

Hati-hati, untuk menghitung pH, kalian harus menghitung pOH dahulu. Berlatihlah, misal NaOH(aq) 0,3M 10 mL + NaOH(aq) 0,1M 30 mL.

4. Campuran Basa Berbeda

Perhitungan ini juga sama dengan campuran asam berbeda, hanya saja pada waktu akan menghitung pH, jangan lupa menghitung pOH dahulu karena larutan basa ya tentu [OH-] yang dapat dihitung lebih dahulu. Kalian bisa berlatih, misal NaOH(aq) 0,2M 25 mL + Ba(OH)2(aq) 0,2M 75 mL.

Untuk pH campuran asam dengan basa, kita bahas pada artikel berikutnya, karena berbeda. Harga pH campuran di atas tidak melibatkan adanya reaksi kimia, karena asam dicampur asam dan basa dicampur basa. Nah, apabila soal yang kalian kerjakan ternyata merupakan campuran dari larutan yang sifatnya berbeda, yaitu asam dicampur basa, tentu saja akan terjadi reaksi netralisasi. Ion-ion H+ akan bergabung dengan ion-ion OH- membentuk air yang netral. Oleh karena itu, ibu akan terbitkan hal ini dalam artikel yang lain. Ibu akan berupaya segera terbit, okay dear, keep learning.   

HARGA pH LARUTAN Bagian I

Minggu ini banyak yang bertanya tentang larutan, khususnya siswa kelas XI. Okay,ibu akan bantu kalian menjelaskannya disini, mungkin waktunya mendesak karena banyak diantara kalian yang sedang menghadapi ulangan harian I dalam 2 minggu ini. Artikel ini ibu tulis khusus untuk pH larutan, termasuk pH larutan penyangga dan hidrolisis larutan garam.

1. Air

Air sebagai pelarut, tergolong elektrolit yang sangat lemah, sehingga dimasukkan dalam kelompok non elektrolit. Molekul-molekul air saling tarik menarik satu sama lain dengan ikatan hidrogen. Gaya tarik antar dipol permanen pada molekul polar ini mengakibatkan sebagian kecil dari molekul air terputus ikatannya, membentuk ion-ion H+ dan OH-. Dikatakan air mengalami auto ionisasi sbb.,

Menurut Arrhenius : H2O(l) == H+(aq) + OH-(aq)

Menurut Bronsted-Lowry : 2H2O(l) == H3O+(aq) + OH-(aq)

Pada suhu kamar, 298 K [H+] = [OH-] = 10-7M. Kw = 10-14. Karena itu, pH = pOH = 7.

Pada suhu yang lebih tinggi, misal di atas 30oC, [H+] = [OH-] = 10-6 M, Kw = 10-12.

Maka pH = pOH = 6.

Hati-hati, walaupun pH air turun dari 7 ke 6, namun air tetap netral, [H+] tetap = [OH-]. Bukan berarti sifatnya berubah menjadi asam. Asam itu kalau larutan kelebihan H+ dan basa kalau larutan kelebihan OH-. Jangan membiasakan diri untuk perpikiran bahwa H+ habis,OH- habis, larutan netral. Ion-ion itu tidak akan pernah habis, walaupun zat terlarutnya tidak memiliki H+ atau OH-, ion-ion itu selalu ada, yaitu berasal dari air. Karena jumlahnya sama, maka air itu netral. Air yang dikatakan netralpun, jika air itu murni. Air hujan, air PDAM, air sumur atau yang lain, mengandung zat terlarut yang mungkin berupa ion-ion. Jika kesetimbangan air terganggu, ya tentu saja terjadi pergeseran letak kesetimbangan, sehingga pHnya bisa berubah, apabila terjadi kelebihan H+ atau OH-.

2. Asam Kuat dan Basa Kuat

Suatu larutan dikatakan asam kuat, jika [H+] nya sesuai atau mendekati [Asam] tsb. Demikian pula dengan basa kuat, [OH-] nya sama atau hampir sama dengan [Basa] ybs. Mengapa demikian? Larutanitu kan tergolong elektrolit kuat, jadi derajat ionisasinya = 1 atau mendekati satu.

Misal H2SO4(aq) 0,1 M. H2SO4(aq) --> H+(aq) + HSO4-(aq)

[H+] = 0,1 M.

HSO4-(aq) == H+(aq) + SO42-(aq) Ionisasi kedua ini tergolong asam lemah, Ka = 10-2. Semestinya, [H+] = V Ka. Ma = V 10-2.x 10-1 = 10-1,5.

Maka [H+] nya dijumlahkan, yaitu 0,1 M + 10-1,5. Namun di SMA/MA kalian tidak perlu mengerjakan seteliti di atas. Biasanya, langsung dianggap mengion sempurna, [H+]= 2 x 0,1M = 0,2M, pH= 1 - log2

Jadi, untuk Asam Kuat [H+] = n [Asam] sedang Basa Kuat [OH-] = n [Basa]

Harga pH asam kuat langsung = - log [H+] dan basa kuat juga langsung, pOH = - log [OH-]

Berhati-hati jika ada suatu soal yang menyatakan bahwa larutan asam atau basa kuat namun [H+] atau [OH-] nya = 10-7 M. Maka ingatlah bahwa nalar kalian sedang diuji. Karena jumlah ion H+ atau OH- yang sangat kecil, sehingga sama dengan jumlah ion air, kalian harus menjumlahkan ion-ion dari asam atau basa dengan ion-ion dari air.

Misal, HCl(aq) 10-7M, maka [H+] larutan = [H+] asam + [H+] air = 10-7 + 10-7 = 2.10-7 M.

pH = 7 - log 2, sekitar 6,3.

Sedangkan NaOH(aq) 10-7M, [OH-] larutan = [OH-] basa + [OH-] air = 2.10-7M.

pOH = 7 - log2, pH = 7 + log2, sekitar 7,3.

Jadi jangan langsung dijawab, pH = 7. Jika konsentrasi ion-ion dari zat terlarut sama atau hampir sama dengan air, maka konsentrasi ion-ion air harus ditambahkan. Kecuali kalau beda konsentrasi itu sangat jauh, ya diabaikan.

3. Asam Lemah dan Basa Lemah

Larutan ini tergolong elektrolit lemah, maka persamaan reaksinya menggunakan 2 panah bolak balik, termasuk reaksi kesetimbangan. Tidak semua zat terlarut mengalami ionisasi, sehingga dikatakan ionisasi sebagian. Oleh karena itu memiliki harga Ka dan Kb.

Contoh 0,2M CH3COOH(aq) == CH3COO-(aq) + H+(aq); [H+] = V Ka.Ma

Jika Ka = 2.10-5, [H+] = V 2.10-5. 0,2 = 2.10-3. pH = 3 - log 2.

Untuk larutan basa lemah, 0,2M NH3(aq) + H2O(l) == NH4+(aq) + OH-(aq)

[OH-] = V Kb.Mb = V 2.10-5.0,2 = 2.10-3. pOH = 3 - log 2; pH = 14 - (3-log2)= 11 + log2.

4. Pengenceran Larutan

Pada pengenceran larutan, tentu harga pH larutan berubah. Karena makin encer larutan, ion-ion makin tersebar, sehingga jarak ion-ion makin berjauhan. Dalam volum tertentu, jumlah ion menjadi berkurang atau dikatakan konsentrasi ion-ion menurun.

a. Pengenceran Asam Kuat/Basa Kuat

Untuk Asam Kuat, HCl(aq) 0,1M misalnya, diencerkan 100 kali, berarti tiap 1 mL diencerkan menjadi 100 mL. Pada pengenceran volum larutan berubah karena ditambahkan sejumlah air, maka mol zat sebelum dan sesudah pengenceran tetap. Jadi,

M1V1 = M2V2

0,1. 1 = M2. 100; M2 = 0,001M. Harga pH larutan tentu berubah dari 1 menjadi 3.

Dengan cara yang sama, untuk Basa Kuat misal 0,2M NaOH(aq) diencerkan dari 5 mL menjadi 100 mL,

M1V1 = M2V2

0,2. 5 = M2 . 100. M2 = 0,01M.

Harga pH berubah, pOH awal = - log 0,2 = 1 - log2. pH = 13 + log2.

b. Pengenceran Asam Lemah/Basa Lemah

Contoh : 0,2M CH3COOH(aq) == CH3COO-(aq) + H+(aq)

Ka = 2.10-5. Jika 1 mL asam ini diencerkan menjadi 100 mL.

M1V1 = M2V2

0,2.1 = M2.100, M2 = 0,002M.

Sebelum diencerkan, [H+] = V2.10-5.0,2 = 2.10-3. pH = 3 - log2

Setelah diencerkan, [H+] = V2.10-5.0,002 = 2.10-4M. pH = 4 - log2.

Perhatikan perubahan harga pHnya. Dari 3 - log2 menjadi 4 - log2. Pada pengenceran 100 kali, harga pH berubah satu satuan. Ini berarti bahwa perubahan pH tidak sama dengan Asam Kuat/Basa Kuat.

Pada asam kuat/basa kuat, pengenceran 100 kali, pH berubah dua satuan.

Setelah ini, ibu akan membahas pH campuran. Segera ibu tulis pada artikel berikutnya, yaitu Bagian II.

HARGA pH LARUTAN

Kali ini ibu akan menjawab pertanyaan tentang pH larutan. Mengapa pada waktu asam kuat bereaksi dengan basa kuat, dan keduanya tepat habis, larutannya menjadi netral dan harga pHnya = 7?

Ingatlah pada jawaban ibu terdahulu, mengenai reaksi HCl(aq) dengan NaOH(aq) membentuk NaCl(aq) dan H2O(l). Jika asam dan basa itu tepat habis, maka dinyatakan semua ion H+ dan semua ion OH- bergabung membentuk molekul air. Okay, kata "semua" sebenarnya bersifat sementara, agar Anda mudah memahaminya. Namun jika konsep ini tidak dinalar dengan baik, setiap penyederhanaan dapat dimungkinkan munculnya kerancuan, bahkan miskonsep.

Penyederhanaan yang lain terjadi pada jenis reaksi kimia. Dinyatakan reaksi kimia dibedakan menjadi dua, reversible dan irreversible. Reaksi yang pertama selanjutnya dinamakan reaksi kesetimbangan, anak panah sebagai tanda reaksi ditulis bolak balik atau dua arah. Sedang reaksi kedua, terkenal dengan reaksi berkesudahan, anak panah hanya satu, jadi merupakan reaksi searah. Reaksi terakhir ditujukan pada reaksi-reaksi yang sisa pereaksinya sangat sedikit, sehingga dianggap habis.

Nah sekarang kita lihat reaksi antara HCl(aq) dengan NaOH(aq) di atas. Menurut Arrhenius, reaksi ini ditulis satu arah, sehingga dinyatakan semua ion H+ telah bergabung dengan semua ion OH- membentuk molekul H2O. Sekarang kita lihat sifat molekul air. Air tergolong elektrolit yang amat sangat lemah, sehingga dalam pelajaran larutan elektrolit air murni dinyatakan sebagai non elektrolit. Bagaimanapun, air tetap mengalami ionisasi, karena molekul-molekul air yang polar, kutub oksigen yang negatif menarik kutub hidrogen yang positif pada molekul air yang lain, sehingga terjadi tarik menarik antara molekul-molekul air. Interaksi ini mengakibatkan sebagian kecil dari molekul air ada yang mengalami pemutusan ikatan, terionisasi menjadi ion-ion H+ dan ion-ion OH-. Ion-ion H+ ini ditarik oleh molekul air dan terjadi solvasi, terjadilah H+(aq). Persamaan reaksinya sebagai berikut,

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

Karena ionisasi ini terjadi diantara molekul-molekul air sendiri, maka dinamakan auto ionisasi. Tanda panah reaksi dua arah, menunjukkan bahwa terdapat sisa pereaksi, sehingga terjadi keadaan setimbang antara pereaksi dan hasil reaksi. Persamaan reaksi di atas merupakan persamaan yang sederhana. Sebenarnya, H+ terikat secara koordinasi oleh H2O, sehingga persamaan yang lebih tepat adalah persamaan yang dikemukakan oleh Bronsted dan Lowry sebagai berikut,

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

Tanda panah reaksi adalah dua arah, jadi ion H+ yang telah putus dan terikat pada H2O sebagai H3O+, dapat ditarik kembali oleh OH- menjadi H2O.

Sekarang kita kembali lagi pada reaksi netralisasi, ion-ion H+ dan ion-ion OH- bergabung membentuk H2O. Setelah dinyatakan bahwa semua H+ dan OH- habis, namun karena air yang terbentuk mengalami auto ionisasi, maka dalam larutan NaCl atau dalam air murni, masih terdapat ion-ion H+ dan OH-. Jumlah ion-ion H+ tentu sama dengan jumlah ion-ion OH-.

Dalam pelajaran kesetimbangan kimia, air memiliki harga Kc yang terkenal sebagai Kw ( water). Pada 25oC atau 298 K, Kw = [H+] [OH-] = 10-14. Karena [H+] = [OH-], maka masing-masing = 10-7. Dari sinilah kita dapat menghitung pH larutan NaCl atau pH air murni, yaitu pH = - log [H+] = - log 10-7 = 7.