Hitung PH Campuran Asam Lemah Dan Basa Kuat

Hai, guys! Kali ini kita bakal kupas tuntas salah satu soal kimia yang mungkin bikin pusing kepala, tapi sebenarnya seru banget kalau udah ngerti konsepnya. Kita akan bahas tentang pencampuran asam lemah dengan basa kuat, dan gimana cara ngitung harga pH-nya. Soal yang akan kita bedah adalah:

15. ΕΒTANAS-01-34: Larutan 20 mL HCOOH 0,3 M (Ka = 2 x 10⁻⁵) dicampurkan dengan 40 mL larutan KOH 0,1 M. Berapa harga pH larutan yang terjadi?

Pilihan jawabannya adalah A. 1, B. 3, C. 5, D. 8, E. 10. Yuk, kita mulai petualangan kita mencari pH yang tepat!

Memahami Konsep Dasar Pencampuran Asam Lemah dan Basa Kuat

Sebelum kita nyemplung ke perhitungan, penting banget buat kita paham dulu apa yang terjadi ketika asam lemah ketemu basa kuat. Asam lemah, kayak asam format (HCOOH) di soal ini, itu nggak terionisasi sempurna dalam air. Artinya, sebagian besar molekulnya tetap utuh, dan cuma sedikit yang pecah jadi ion H⁺ dan anionnya (dalam kasus ini, HCOO⁻). Nah, basa kuat, kayak kalium hidroksida (KOH), itu kebalikannya. Dia terionisasi sempurna jadi ion K⁺ dan OH⁻.

Ketika kedua larutan ini dicampur, terjadi reaksi netralisasi. Ion H⁺ dari asam lemah akan bereaksi dengan ion OH⁻ dari basa kuat membentuk air (H₂O). Tapi, karena asamnya lemah, dia nggak punya cukup ion H⁺ untuk dinetralkan semua OH⁻ dari basa kuat kalau jumlah molnya nggak seimbang. Sisa reaktan yang nggak habis bereaksi inilah yang akan menentukan pH akhir larutan.

Di soal ini, HCOOH adalah asam lemah dengan nilai Ka (konstanta disosiasi asam) sebesar 2 x 10⁻⁵. Nilai Ka ini nunjukkin seberapa kuat asam tersebut dalam melepaskan ion H⁺. Semakin kecil nilai Ka, semakin lemah asamnya. KOH adalah basa kuat. Yang perlu kita perhatikan adalah perbandingan jumlah mol antara HCOOH dan KOH. Ini krusial banget buat nentuin apakah larutan akhirnya bakal bersifat asam, basa, atau netral, dan tentunya harga pH-nya berapa.

Untuk menghitung pH, kita perlu tahu dulu sisa reaktan setelah reaksi netralisasi. Apakah ada asam yang tersisa? Atau ada basa yang tersisa? Atau keduanya habis bereaksi dan terbentuk garam hidrolisis? Jawaban dari pertanyaan ini akan mengarahkan kita ke rumus perhitungan pH yang tepat. Jadi, mari kita mulai hitung jumlah mol masing-masing zat dulu, guys!

Menghitung Jumlah Mol HCOOH dan KOH

Langkah pertama yang paling penting adalah menghitung jumlah mol dari masing-masing zat yang dicampurkan. Ini ibarat kita nyiapin bahan-bahan sebelum masak, guys. Tanpa takaran yang pas, hasilnya bisa nggak sesuai harapan.

Untuk HCOOH (asam format):

• Volume larutan HCOOH = 20 mL = 0,020 L
• Molaritas larutan HCOOH = 0,3 M
• Jumlah mol HCOOH = Molaritas x Volume
• Jumlah mol HCOOH = 0,3 mol/L x 0,020 L = 0,006 mol

Nah, kita sudah punya 0,006 mol asam format nih. Jangan lupa juga nilai Ka-nya, yaitu 2 x 10⁻⁵. Ini bakal kepake nanti buat ngitung pH kalau memang ada asam yang tersisa.

Untuk KOH (kalium hidroksida):

• Volume larutan KOH = 40 mL = 0,040 L
• Molaritas larutan KOH = 0,1 M
• Jumlah mol KOH = Molaritas x Volume
• Jumlah mol KOH = 0,1 mol/L x 0,040 L = 0,004 mol

Oke, sekarang kita tahu bahwa kita punya 0,006 mol asam lemah (HCOOH) dan 0,004 mol basa kuat (KOH). Perhatikan ya, jumlah mol asam lemah ini lebih banyak daripada jumlah mol basa kuat. Ini adalah petunjuk penting yang akan menentukan arah perhitungan pH kita nanti. Kalau ternyata mol basa kuat lebih banyak, ceritanya bakal beda lagi. Makanya, ngitung mol ini bener-bener fundamental banget, guys!

Dengan informasi jumlah mol ini, kita bisa melanjutkan ke tahap berikutnya, yaitu menganalisis reaksi yang terjadi antara HCOOH dan KOH dan menentukan zat apa yang tersisa setelah reaksi netralisasi. Siap? Yuk, lanjut!

Reaksi Netralisasi dan Penentuan Zat Sisa

Sekarang saatnya kita lihat apa yang terjadi ketika 0,006 mol HCOOH bertemu dengan 0,004 mol KOH. Reaksi netralisasi antara asam lemah dan basa kuat berjalan seperti ini:

HCOOH (aq) + KOH (aq) → HCOOK (aq) + H₂O (l)

Dalam bentuk ioniknya, reaksi ini bisa kita tulis sebagai:

HCOOH (aq) + K⁺ (aq) + OH⁻ (aq) → HCOO⁻ (aq) + K⁺ (aq) + H₂O (l)

Dan ion yang benar-benar bereaksi adalah:

HCOOH (aq) + OH⁻ (aq) → HCOO⁻ (aq) + H₂O (l)

Kita pakai perbandingan stoikiometri dari reaksi ini untuk menentukan siapa yang habis dan siapa yang sisa. Kita punya:

• Mol HCOOH awal = 0,006 mol
• Mol KOH awal = 0,004 mol

Karena KOH adalah basa kuat, dia akan habis bereaksi terlebih dahulu untuk menetralkan HCOOH. Kita bisa bikin tabel ICE (Initial, Change, Equilibrium) atau lebih simpelnya, pakai stoikiometri reaksi:

Dari tabel di atas, kita bisa lihat bahwa semua 0,004 mol OH⁻ dari KOH habis bereaksi. Sebanyak 0,004 mol HCOOH juga bereaksi. Akibatnya, terbentuk 0,004 mol ion HCOO⁻ (anion dari asam format) dan 0,004 mol air.

Yang paling penting di sini adalah kita punya sisa HCOOH sebanyak 0,002 mol. Selain itu, kita juga punya produk reaksi yaitu HCOOK (garam kalium format), yang terdisosiasi menjadi ion K⁺ dan HCOO⁻. Jadi, larutan akhir kita mengandung:

1. Sisa asam lemah (HCOOH): 0,002 mol
2. Garam HCOOK yang terdisosiasi menjadi HCOO⁻: 0,004 mol
3. Ion K⁺: 0,004 mol (ion penonton, nggak berpengaruh pada pH)

Nah, karena kita punya campuran antara asam lemah (HCOOH) dan basa konjugatnya (HCOO⁻), larutan ini membentuk sistem buffer atau larutan penyangga. Ini poin krusialnya, guys! Sistem buffer punya kemampuan untuk menahan perubahan pH ketika ditambahkan sedikit asam atau basa. Perhitungan pH untuk sistem buffer punya rumus tersendiri.

Menghitung pH Larutan Buffer

Karena kita sudah identifikasi bahwa larutan akhir kita adalah sistem buffer yang terdiri dari asam lemah HCOOH dan basa konjugatnya HCOO⁻, maka kita akan menggunakan rumus buffer Henderson-Hasselbalch untuk menghitung pH-nya. Rumus ini sangat berguna untuk sistem buffer asam lemah dan basa konjugatnya:

pH = pKa + log ([Basa Konjugat] / [Asam Lemah])

Di mana:

• pH adalah harga pH yang ingin kita cari.
• pKa adalah -log(Ka). Nilai Ka HCOOH sudah diberikan, yaitu 2 x 10⁻⁵.
• [Basa Konjugat] adalah konsentrasi ion HCOO⁻.
• [Asam Lemah] adalah konsentrasi HCOOH.

Langkah pertama adalah menghitung pKa:

pKa = -log(Ka) pKa = -log(2 x 10⁻⁵) pKa = - (log(2) + log(10⁻⁵)) pKa = - (0,301 + (-5)) pKa = - (0,301 - 5) pKa = - (-4,699) pKa = 4,699

Selanjutnya, kita perlu menentukan konsentrasi dari HCOO⁻ dan HCOOH. Ingat, buffer bekerja berdasarkan perbandingan mol atau konsentrasi. Karena keduanya berada dalam volume larutan yang sama (volume total = 20 mL + 40 mL = 60 mL), kita bisa pakai perbandingan mol mereka:

• Mol HCOOH (asam lemah) = 0,002 mol
• Mol HCOO⁻ (basa konjugat) = 0,004 mol

Sekarang, kita masukkan nilai-nilai ini ke dalam rumus Henderson-Hasselbalch:

pH = pKa + log (mol HCOO⁻ / mol HCOOH) pH = 4,699 + log (0,004 mol / 0,002 mol) pH = 4,699 + log (2)

Kita tahu bahwa nilai log(2) kira-kira adalah 0,301.

pH = 4,699 + 0,301 pH = 5,000

Jadi, harga pH larutan yang terjadi setelah pencampuran HCOOH dan KOH adalah 5,00.

Ini artinya larutan yang terbentuk bersifat asam, namun tidak terlalu asam karena adanya sistem buffer. Pilihan jawaban yang paling mendekati adalah C. 5. Keren, kan? Kita berhasil memecahkan soal ini langkah demi langkah. Yang penting itu memahami konsepnya, guys!

Kenapa pH-nya Bisa 5? Analisis Lebih Dalam

Jadi, setelah kita berjuang menghitung, kita sampai pada kesimpulan bahwa pH larutan yang terbentuk adalah 5. Tapi, kenapa sih kok bisa jadi 5? Ini bukan angka sembarangan, guys. Ada logika kimia di baliknya.

Ingat lagi, kita mencampurkan asam lemah (HCOOH) dengan basa kuat (KOH). Reaksi netralisasinya menghasilkan garam HCOOK (kalium format) dan air. Nah, yang bikin pH larutan nggak langsung jadi sangat asam atau sangat basa adalah terbentuknya sistem buffer. Sistem buffer ini terdiri dari asam lemah (HCOOH yang sisa) dan basa konjugatnya (ion HCOO⁻ yang terbentuk dari HCOOK).

Dalam sistem buffer ini, konsentrasi asam lemah (HCOOH) dan basa konjugatnya (HCOO⁻) sangat menentukan pH. Rumus Henderson-Hasselbalch, pH = pKa + log ([Basa Konjugat] / [Asam Lemah]), secara gamblang menunjukkan hal ini.

Di kasus kita, kita punya:

• Mol HCOOH (asam lemah) = 0,002 mol
• Mol HCOO⁻ (basa konjugat) = 0,004 mol
• pKa = 4,699

Saat kita masukkan ke rumus:

pH = 4,699 + log (0,004 / 0,002) pH = 4,699 + log (2) pH = 4,699 + 0,301 pH = 5

Angka 5 ini berada di dekat nilai pKa (4,699). Ini adalah ciri khas dari larutan buffer. Kalau konsentrasi asam lemah dan basa konjugatnya sama (rasio 1:1), maka pH akan sama dengan pKa. Di kasus kita, rasio basa konjugat terhadap asam lemah adalah 2:1 (0,004 mol : 0,002 mol), sehingga nilai pH sedikit lebih besar dari pKa, yaitu 5.

Mengapa tidak jadi basa kuat? Karena KOH (basa kuat) habis bereaksi dengan HCOOH. Meskipun ada ion HCOO⁻ yang bisa sedikit menghidrolisis air menghasilkan OH⁻, efeknya tidak dominan karena masih ada asam lemah HCOOH yang