Menentukan [H+] Asam Kuat Diprotik (H2SO4) yang Benar

Menentukan [H⁺] asam kuat diprotik seperti H₂SO₄ sifatnya kondisional, tergantung konsentrasi awal H₂SO₄. Kebanyakan buku kimia SMA di Indonesia yang beredar selama ini menggunakan rumus [H⁺] = x [H_xA). Pada beberapa kasus konsentrasi tertentu itu valid, pada kasus lain rumus itu tidak lagi valid. Lalu bagaimana yang benar?



Untuk menjelaskan ini akan digunakan beberapa ilustrasi [H₂SO₄] bermacam-macam.

Reaksi ionisasi asam diprotik seperti H₂SO₄ terjadi 2 tahap:
Reaksi ionisasi pertama H₂SO₄ terionisasi sempurna, semua karena nilai K_a-1 sangat besar.
H₂SO₄ → H⁺ + HSO₄^– ; K_a-1 = sangat besar
HSO₄^– ⇌ H⁺ + SO₄^2– ; K_a-2 = 1,2 × 10^–2

Soal #1. urip info
Menghitung [H⁺] untuk  [H₂SO₄] yang relatif besar, misal 1 M, dengan K_a1 = sangat besar dan K_a2 = 1,2 × 10^–2

Penyelesaian #1:
Karena K_a1 = besar maka dapat diartikan H₂SO₄ terurai secara sempurna seperti reaksi berikut.

		H2SO4 (aq)	→	H+ (aq)	+	HSO4- (aq)
		1 M		1 M		1 M

Reaksi	:	HSO4- (aq)	⇌	H+ (aq)	+	SO42- (aq)
[Awal] M	:	1		1		–
[Bereaksi] M	:	–x		+x		+x
[Kesetimbangan] M	:	1 – x		1 + x		x

\begin{aligned}
K_{a2} &=  \dfrac{[H^+] [SO_{4}^{2-}]}{[HSO_{4}^{-}]}\\
 0{,}012 &=  \dfrac{(1+x) . x}{1-x}\\
 0{,}012 - 0{,}012.x &= x + x^2\\
 x^2 + 1{,}012.x -0{,}012&=0\\
x &= 0{,}0120 M \\
\end{aligned}
Nilai x dapat dihitung menggunakan kalkulator persamaan kuadrat di sini.

Apakah nilai x ini cukup signifikan?
Bila nilai x lebih dari 5% maka x tidak boleh diabaikan, harus turut perhitungkan dalam penentuan [H⁺].

Bila nilai x kurang dari 5% dibanding konsentrasi awal maka nilai x dapat diabaikan.

$\mathsf{\dfrac{0{,}0120~M}{1~M}\times 100\% = 1{,}20\%}$

1,20% < 5% urip info

Kesimpulan nilai x boleh diabaikan, [H⁺] hanya dihitung dari reaksi ionisasi pertama saja, ionisasi kedua dapat diabaikan karena [H⁺] tidak signifikan, kurang dari 5%.

Pembuktiannya dapat dilakukan dengan menghitung pH sebagai berikut:

Total [H⁺] = 1 M + 0,012 M sehingga pH = – log 1,012 = 0,005180 ≈ 0.

Mari dibandingkan dengan menggunakan rumus umum seperti selama ini digunakan, tanpa tahu nilai K_a2.

[H₂SO₄] = 1 M
[H⁺] = 2 [H₂SO₄]
[H⁺] = 2 (1 M)
[H⁺] = 2 M

Total [H⁺] = 2 M sehingga pH = – log 2 = –0,30.

Pada soal-soal yang bersifat umum dan nilai K_a2 tidak diketahui tetapi [H₂SO₄] = 1 M penggunaan rumus [H⁺] = 2 [H₂SO₄] juga kurang akurat. Untuk hitungan dengan tujuan penyederhaan ini masih dapat ditolerir.

Lebih lanjut silakan simak aturan 5% dalam kesetimbangan kimia. yang berlaku.

---

Soal #2: urip info
[H₂SO₄] = 0,1 M dengan K_a1 = sangat besar ; K_a2 = 1,2 × 10⁻² berapakah pH asam tersebut?

Penyelesaian #2:
Karena K_a1 = besar maka dapat diartikan H₂SO₄ terurai secara sempurna seperti reaksi berikut.

		H2SO4 (aq)	→	H+ (aq)	+	HSO4- (aq)
		0,1 M		0,1 M		0,1 M

Reaksi	:	HSO4- (aq)	⇌	H+ (aq)	+	SO42- (aq)
[Awal] M	:	0,1		0,1		–
[Bereaksi] M	:	–x		+x		+x
[Kesetimbangan] M	:	0,1 – x		0,1 + x		x

\begin{aligned}
K_{a2} &=  \dfrac{[H^+] [SO_{4}^{2-}]}{[HSO_{4}^{-}]}\\
 0{,}012 &=  \dfrac{(0{,}1+x) . x}{0{,}1-x}\\
 0{,}0012 - 0{,}012.x &= 0{,}1 x + x^2\\
 x^2 + 0{,}112.x - 0{,}0012&=0\\
x &= 0,0098 M \\
\end{aligned}
Apakah nilai x ini cukup signifikan?
Bila nilai x lebih dari 5% maka x tidak boleh diabaikan, harus turut perhitungkan dalam penentuan [H⁺].

Bila nilai x kurang dari 5% dibanding konsentrasi awal maka nilai x dapat diabaikan.

$\mathsf{\dfrac{0{,}0098~M}{0{,}1~M}\times 100\% = 9,8\%}$

9,8% > 5%

Kesimpulan nilai x tidak boleh diabaikan, [H⁺] dari reaksi ionisasi kedua tidak dapat diabaikan karena [H⁺] sangat signifikan, lebih dari 5%.

Total [H⁺] = 0,1 M + 0,0098 M sehingga pH = – log 0,1098 = 0,96.

Nilai x dapat dihitung menggunakan kalkulator persamaan kuadrat di sini.

Mari dibandingkan dengan menggunakan rumus umum seperti selama ini digunakan, tanpa tahu nilai K_a2.

[H₂SO₄] = 0,1 M
[H⁺] = 2 [H₂SO₄]
[H⁺] = 2 (0,1)
[H⁺] = 0,2 M

Total [H⁺] = 0,2 M sehingga pH = – log 0,2 = 0,70.

Ada perbedaan konsentrasi atau pH dengan memperhatikan nilai K_a2 dengan menggunakan rumus umum. Pada soal #2 selisih konsentrasinya adalah (0,2 – 0,1098)M = 0,0902 M atau selisih pH 0,96  – 0,70 = 0,26 satuan pH
Pada soal-soal yang bersifat umum dan nilai K_a2 tidak diketahui  [H⁺] pada H₂SO₄ = 2 [H₂SO₄].

---

Soal #3: urip info
[H₂SO₄] = 0,01 M dengan K_a1 = sangat besar ; K_a2 = 1,2 × 10⁻² berapakah pH asam tersebut?

Penyelesaian #3:
Karena K_a1 = besar maka dapat diartikan H₂SO₄ terurai secara sempurna seperti reaksi berikut.

		H2SO4 (aq)	→	H+ (aq)	+	HSO4- (aq)
		0,01 M		0,01 M		0,01 M

Reaksi	:	HSO4- (aq)	⇌	H+ (aq)	+	SO42- (aq)
[Awal] M	:	0,01		0,01		–
[Bereaksi] M	:	–x		+x		+x
[Kesetimbangan] M	:	0,01 – x		0,01 + x		x

\begin{aligned}
K_{a2} &=  \dfrac{[H^+] [SO_{4}^{2-}]}{[HSO_{4}^{-}]}\\
 0{,}012 &=  \dfrac{(0{,}01+x) . x}{0{,}01-x}\\
 0{,}00012 - 0{,}012.x &= 0{,}01 x + x^2\\
 x^2 + 0{,}022.x - 0{,}00012&=0\\
x &= 0,0045 M \\
\end{aligned}
Apakah nilai x ini cukup signifikan?
Bila nilai x lebih dari 5% maka x tidak boleh diabaikan, harus turut perhitungkan dalam penentuan [H⁺].

Bila nilai x kurang dari 5% dibanding konsentrasi awal maka nilai x dapat diabaikan.

$\mathsf{\dfrac{0{,}0045~M}{0{,}01~M}\times 100\% = 45\%}$

45% > 5% urip info

Kesimpulan nilai x tidak boleh diabaikan, [H⁺] dari reaksi ionisasi kedua tidak dapat diabaikan karena [H⁺] sangat signifikan, lebih dari 5%.

Total [H⁺] = 0,01 M + 0,0045 M sehingga pH = – log 0,0145 = 1,84.

Nilai x dapat dihitung menggunakan kalkulator persamaan kuadrat di sini.

Mari dibandingkan dengan menggunakan rumus umum seperti selama ini digunakan, tanpa tahu nilai K_a2.

[H₂SO₄] = 0,01 M
[H⁺] = 2 [H₂SO₄]
[H⁺] = 2 (0,01)
[H⁺] = 0,02 M

Total [H⁺] = 0,02 M sehingga pH = – log 0,02 = 1,70. urip info

Ada perbedaan konsentrasi atau pH dengan memperhatikan nilai K_a2 dengan menggunakan rumus umum. Pada soal #2 selisih konsentrasinya adalah (0,02 – 0,0145)M = 0,0055 M atau selisih pH 1,84  – 1,70 = 0,14 satuan pH.
Pada soal-soal yang bersifat umum dan nilai K_a2 tidak diketahui  [H⁺] pada H₂SO₄ = 2 [H₂SO₄].

---

Kesimpulan, urip info

• Semakin tinggi [H₂SO₄] maka hitungan [H⁺] = 2 [H₂SO₄] tidak cukup akurat digunakan.
  Bila konsentrasi tinggi  [H⁺] = [H₂SO₄]. Dalam simulasi hitungan konsentrasi 1 M itu sudah termasuk tinggi.
• Semakin rendah [H₂SO₄] maka hitungan [H⁺] = 2 [H₂SO₄] semakin jauh dari nilai yang seharusnya.
  
  Artinya semakin  rendah [H₂SO₄] maka [H⁺]  dari hasil ionisasi kedua semakin signifikan atau semakin berarti dan tidak dapat diabaikan begitu saja.

CMIIW
Urip Rukim