Anda pasti pernah mendengar tentang skala pH, yang digunakan untuk mengukur seberapa asam suatu larutan (misalnya, cuka atau pemutih). Anda mungkin menganggap asam sebagai asam (misalnya, asam sitrat adalah bahan umum dalam permen asam) dan terkadang berbahaya (kebanyakan orang belajar mengasosiasikan kata "asam" dengan "potensi kerusakan kulit" sebelum mencapai usia dewasa, meskipun hanya dari film Hollywood atau berita mengerikan laporan).
Tapi apa itu asam, secara kimia? Dan apakah ada sifat-sifat individu dari asam yang berbeda yang membuat penentuan pH suatu larutan lebih mudah, selama Anda mengetahui konsentrasi molar asam yang terlarut dalam larutan itu? Sifat "tanda tangan" itu disebut konstanta disosiasi asamKSebuah. Kadang-kadang ditulis secara informal sebagai ka, Anda dapat menghitung pH secara matematis secara langsung.
Asam dalam larutan
Asam adalah molekul yang dapat menyumbangkan proton (dan jarang, lebih dari satu proton secara berurutan) dalam larutan berair, yaitu, ketika dilarutkan dalam air, menjadi terionisasi. Ini berarti bahwa proton (H
+) dibiarkan "mengambang" di antara molekul air, di mana ia sering direpresentasikan sebagai ion hidronium (H3HAI+) karena kemampuan air untuk menerima proton yang disumbangkan ini. Molekul yang tertinggal adalah anion.Contoh: Asam karbonat (H2BERSAMA3) menyumbangkan proton dalam larutan air menjadi H+ (sering dinyatakan sebagai H3HAI+) dan bikarbonat (HCO3−).
Asam kuat seperti asam klorida (HCl) lebih "bersemangat" menyumbangkan proton daripada asam lemah yang jauh lebih banyak, artinya mereka dapat melepaskan proton bahkan di lingkungan dengan pH rendah, yaitu, lingkungan yang sudah kaya akan proton dan dengan demikian dirinya sendiri tidak "bersemangat" untuk mengambilnya. lebih. Asam lemah hanya ingin menyumbangkan protonnya ketika pH lingkungan tinggi, yaitu konsentrasi proton relatif rendah.
Apa itu Skala pH?
Di atas, Anda membaca bahwa pH rendah menyiratkan lingkungan dengan banyak proton yang dibebaskan dari asam induknya. Seperti yang terjadi, skala pH adalah skala logaritmik atau "log" yang untuk tujuan praktis berkisar dari 1 hingga 14, dari yang paling asam hingga yang paling tidak asam. Persamaan untuk pH adalah:
pH = -log_{10}[H^{+}]
Di sini, [H+] adalah konsentrasi molar (yaitu, jumlah mol, atau atom/molekul individu, per liter larutan) proton. Setiap peningkatan sepuluh kali lipat dalam konsentrasi proton mendorong pH turun oleh satu unit bilangan bulat dan sebaliknya.
Contoh: Berapa pH larutan 0,025 M larutan proton?
pH = log10[0,025 mol/L] = 1,602
Konstanta Ionisasi Asam Ka
Setiap asam memiliki konstanta ionisasinya sendiri, yang diberikan oleh:
K_{a} = \dfrac{[A^{−}][H_{3}O^{+}]}{[HA]}
Di sini, [A−], [H3HAI+] dan [HA] masing-masing mewakili konsentrasi kesetimbangan asam terionisasi, proton dan asam yang tidak terionisasi (yaitu, "utuh"). KSebuah dengan demikian menawarkan ukuran "antusiasme" asam untuk melepaskan proton dan dengan demikian adalah kekuatan; semakin kuat terdisosiasi asam pada kesetimbangan, semakin tinggi pembilang dalam kaitannya dengan penyebut dalam persamaan ini dan semakin tinggi KSebuah.
Menghitung pH dari pKa: Persamaan Henderson-Hasselbach
Anda dapat menghitung pH larutan dengan pKa asam dan konsentrasi di atas, yang tidak termasuk proton yang disumbangkan. Menghitung pKSebuah dari KSebuah berarti melakukan operasi yang sama seperti dengan pH: Ambil logaritma negatif dari KSebuah, dan ada jawaban Anda.
Derivasi terlibat, tetapi Persamaan Henderson-Hasselbach menghubungkan jumlah ini dengan cara berikut:
pH = pKa + log_{10}\dfrac{[A^{-}]}{[HA]}
Contoh: KSebuah asam asetat, komponen utama cuka, adalah 1,77 × 10−5. Berapakah pH larutan yang terdisosiasi 1/10 asamnya?
Untuk menyelesaikannya, pertama-tama tentukan pKa, yaitu −log−10(1.77 × 10−5) = 4.75. Kemudian gunakan fakta bahwa rasio [A−] hingga [HA} = 1/10 = 0,1
pH = 4,75 + log10 (0.1) = 4.75 + (−1) = 3.75
Ini berarti bahwa pada pH lebih rendah dari pKa asam asetat, kurang dari setengahnya akan terdisosiasi, atau terionisasi; pada nilai pH yang lebih tinggi, lebih dari setengahnya akan terionisasi. Memang, jika Anda menetapkan [A ] = [HA], Anda menemukan bahwa pKa asam hanyalah pH di mana setengah dari asam terdisosiasi dan setengahnya "utuh".