Hubungan Pengenceran Larutan, pH, dan Derajat Ionisasi Asam-Basa Lemah

Rabu, 16 Februari 2022 edit

Tulisan ini menjelaskan hubungan antara konsentrasi larutan yang diencerkan, konsentrasi ion H+, ion OH, derajat keasaman (pH) serta derajat ionisasi dari asam-basa lemah. Penjelasan diberikan secara matematis melalui proses penurunan persamaan dari yang sudah diketahui.

Untuk asam lemah berlaku:
$\mathsf{[H^+] = \sqrt{K_a.[H_xA]} \Rightarrow [H^+]^{2} = K_a.[H_xA]}$

$\mathsf{[H^+] = \alpha.[H_xA]}$

$\mathsf{\alpha = \sqrt{\dfrac{K_a}{[H_xA]}}\Rightarrow \alpha^2 = \dfrac{K_a}{[H_xA]}}$

[H+] = konsentrasi H+;
Ka = tetapan ionisasi asam, ingat nilai Ka larutan yang sama berapapun konsentrasinya nilainya selalu tetap;
[HxA] = konsentrasi asam lemah dengan valensi x, atau menunjukkan asam tersebut jumlah H sebanyak x;
α = derajat ionisasi, ingat derajat ionisasi larutan yang sama bila konsentrasinya berbeda maka derajat ionisasinya berbeda pula.

Untuk basa lemah berlaku:
$\mathsf{[OH^-] = \sqrt{K_b.[B(OH)_x]} \Rightarrow [OH^-]^{2} = K_b.[B(OH)_x]}$

$\mathsf{[OH^-] = \alpha.[B(OH)_x]}$

$\mathsf{\alpha = \sqrt{\dfrac{K_b}{[B(OH)_x]}}\Rightarrow \alpha^2 = \dfrac{K_b}{[B(OH)_x]}}$

[OH] = konsentrasi OH;
Kb = tetapan ionisasi basa, ingat nilai Kb larutan yang sama berapapun konsentrasinya nilainya selalu tetap;
[B(OH)x] = konsentrasi basa lemah dengan valensi x, atau menunjukkan basa tersebut jumlah OH sebanyak x;
α = derajat ionisasi, ingat derajat ionisasi larutan yang sama bila konsentrasinya berbeda maka derajat ionisasinya berbeda pula.

Hubungan [H+], konsentrasi asam lemah sebelum/setelah diencerkan, dan Ka

$\mathsf{[H^+]^{2}_{awal} = K_a.[H_xA]_{awal} \Rightarrow K_a = \dfrac{[H^+]^{2}_{awal}}{[H_xA]_{awal}}}$

$\mathsf{[H^+]^{2}_{akhir} = K_a.[H_xA]_{akhir}  \Rightarrow K_a = \dfrac{[H^+]^{2}_{akhir}}{[H_xA]_{akhir}}}$

Karena Ka HxA konstan/tetap maka diperoleh persamaan:

$\mathsf{\dfrac{[H^+]^{2}_{awal}}{[HA]_{awal}} = \dfrac{[H^+]^{2}_{akhir}}{[HA]_{akhir}}}$

$\mathsf{\Rightarrow [H^+]_{akhir}=[H^+]_{awal} \times \sqrt{\dfrac{[H_xA]_{akhir}}{[H_xA]_{awal}}}}$

$\mathsf{\Rightarrow [H^+]_{awal}=[H^+]_{akhir} \times \sqrt{\dfrac{[H_xA]_{awal}}{[H_xA]_{akhir}}}}$

Hubungan [OH], konsentrasi basa lemah sebelum/setelah diencerkan, dan Kb

Dengan prosedur yang sama maka hubungan [OH] basa lemah sebelum diencerkan dan [OH] basa lemah setelah diencerkan:

$\mathsf{\Rightarrow [OH^-]_{akhir}=[OH^-]_{awal} \times \sqrt{\dfrac{[B(OH)_x]_{akhir}}{[B(OH)_x]_{awal}}}}$

$\mathsf{\Rightarrow [OH^-]_{awal}=[OH^-]_{akhir} \times \sqrt{\dfrac{[B(OH)_x]_{awal}}{[B(OH)_x]_{akhir}}}}$

Hubungan [H+] dengan pH larutan asam: pH = –log [H+]

Bila nilai pH berformat a – log b
dengan a dan b = bilangan bulat,
maka [H+] = b × 10–a


Contoh penerapan

Soal-1:
pH larutan asam lemah HA 0,20 M sebesar 3 – log 2, tentukan pH larutan tersebut bila konsentrasinya 0,008 M.

Dari soal diketahui:
pHawal = 3 – log 2 (pH bentuk desimal = 3 – 0,30 = 2,70)
[H+]awal = 2 × 10–3 M
[HA]awal  = 0,20 M
[HA]akhir  = 0,0008 M

Perhitungan [H+]akhir  dan pHakhir:
$\mathsf{\Rightarrow [H^+]_{akhir}=[H^+]_{awal} \times \sqrt{\dfrac{[HA]_{akhir}}{[HA]_{awal}}}}$
$\mathsf{\Rightarrow [H^+]_{akhir}=2 \times 10^{-3} \times \sqrt{\dfrac{0{,}008}{0{,}2}}}$
$\mathsf{\Rightarrow [H^+]_{akhir}=2 \times 10^{-3} \times \sqrt{0{,}04}}$
$\mathsf{\Rightarrow [H^+]_{akhir}=2 \times 10^{-3} \times {0{,}2}}$
$\mathsf{\Rightarrow [H^+]_{akhir}=4 \times 10^{-4}}$

pHakhir = 4 – log 4
pHakhir = 4 – log 22 
pHakhir = 4 – 2 log 2
pHakhir = 4 – 2 . 0,30
pHakhir = 4 – 0,60
pHakhir = 3,40

Jadi ketika konsentrasi HA sebesar 0,008 pH (setelah diencerkan) sebesar 3,40 atau dalam bentuk persamaan dapat ditulis 4 – 2 log 2.


Hubungan derajat ionisasi asam lemah sebelum/setelah diencerkan dengan Ka 

$\mathsf{\alpha^2_{awal} = \dfrac{K_a}{[H_xA]_{awal}} \Rightarrow K_a = \alpha^2_{awal} \times [H_xA]_{awal}  }$

$\mathsf{\alpha^2_{akhir} = \dfrac{K_a}{[H_xA]_{akhir}} \Rightarrow K_a = \alpha^2_{akhir} \times [H_xA]_{akhir}  }$

Karena kedua larutan asam tersebut zatnya sama maka Ka juga sama, dan berlaku:

$\mathsf{ \alpha^2_{awal} \times [H_xA]_{awal} = \alpha^2_{akhir} \times [H_xA]_{akhir}}$

$\mathsf{\alpha^2_{akhir} = \dfrac{\alpha^2_{awal} \times [H_xA]_{awal}}{[H_xA]_{akhir}}}$

$\mathsf{\alpha_{akhir} = \sqrt{\dfrac{\alpha^2_{awal} \times [H_xA]_{awal}}{[H_xA]_{akhir}}}}$

$\mathsf{\alpha_{akhir} = \alpha_{awal}  \sqrt{\dfrac{ [H_xA]_{awal}}{[H_xA]_{akhir}}}}$

Dengan cara yang sama dapat ditemukan hubungan yang sama berlaku untuk larutan basa lemah.

$\mathsf{\alpha_{akhir} = \alpha_{awal}  \sqrt{\dfrac{ [B(OH)_x]_{awal}}{[B(OH)_x]_{akhir}}}}$

Contoh penerapan

Soal-2:

Diketahui larutan NH3 mempunyai derajat ionisasi 1%. Bila larutan NH3 tersebut diencerkan 10 kali, maka derajat ionisasinya menjadi….

A. √10 × 10–2
B. √10 × 10–3
C. √10 × 10–4
D. √10 × 10–5
E. √10 × 10–6

Soal ini sifatnya matematis.
Prinsip: larutan sama bila konsentrasi berbeda maka nilai α berbeda pula, tetapi nilai Kb tidak berubah.

Diketahui:
αawal = 1% = 1 × 10–2

Dimisalkan [NH3]awal = a M, maka  [NH3]akhir = (a M)/10 
Diencerkan 10 kali artinya konsentrasi dibagi 10 dari konsentrasi awal
αakhir = ....?

Penyelesaian:

$\mathsf{\alpha_{akhir} = \alpha_{awal}  \times \sqrt{\dfrac{ [NH_3]_{awal}}{[NH_3]_{akhir}}}}$

$\mathsf{\alpha_{akhir} = 1 \times 10^{-2}  \times \sqrt{\dfrac{ a ~M}{a ~M/10}}}$

$\mathsf{\alpha_{akhir} = 1 \times 10^{-2}  \times \sqrt{a ~M \times 10/a ~M}}$

$\mathsf{\alpha_{akhir} = 1 \times 10^{-2}  \times \sqrt{a ~M/a ~M \times 10}}$

$\mathsf{\alpha_{akhir} = 1 \times 10^{-2}  \times \sqrt{10}}$

$\mathsf{\alpha_{akhir} =   \sqrt{10} \times 10^{-2} }$

Jawaban yang tepat A. √10 × 10–2 atau 3,16 × 10–2
Tampak bahwa semakin encer larutan nilai derajat ionisasinya semakin besar, ingat derajat ionisasi merupakan hasil bagi antara jumlah zat yang terurai dengan jumlah zat mula-mula, bila zat mula-mula semakin kecil sementara yang terurai jumlahnya tetap maka derajat ionisasinya semakin besar.

KSJSS.
Bagikan di

Tidak ada komentar:

Posting Komentar

 
Copyright © 2015-2022 Urip dot Info | Disain Template oleh Herdiansyah Dimodivikasi Urip.Info