Contoh soalan yang membincangkan Elektrolit Kuat, Elektrolit Lemah dan Bukan Elektrolit
Elektrolit merupakan konsep asas dalam kimia yang penting, terutamanya dalam kajian tindak balas yang melibatkan larutan. Elektrolit ialah sebatian yang, apabila dilarutkan dalam air, menghasilkan ion yang membolehkan larutan mengalirkan elektrik. Berdasarkan keupayaannya untuk terurai menjadi ion, elektrolit dibahagikan kepada tiga kategori: elektrolit kuat, elektrolit lemah dan bukan elektrolit. Artikel ini akan membincangkan pelbagai contoh masalah yang berkaitan dengan ketiga-tiga jenis elektrolit ini, berserta penjelasan yang mudah difahami.
Elektrolit Kuat
Elektrolit kuat ialah sebatian yang mengion sepenuhnya dalam air. Ini bermakna apabila elektrolit kuat dilarutkan dalam air, hampir semua molekulnya terurai menjadi ion. Contoh biasa elektrolit kuat termasuk garam seperti natrium klorida (NaCl), asid kuat seperti asid hidroklorik (HCl), dan bes kuat seperti natrium hidroksida (NaOH).
Soalan 1:
Bagaimana untuk mengira kemolaran ion dalam larutan HCl 0,1 M?
Perbincangan:
HCl ialah asid kuat yang terurai sepenuhnya dalam air mengikut persamaan:
\[ \text{HCl} \rightarrow \text{H}^+ + \text{Cl}^- \]
Oleh kerana HCl ialah elektrolit kuat, kita boleh mengambil kepekatan awal HCl (0,1 M) sebagai kepekatan ion H+ dan Cl- yang terbentuk. Jadi, dalam larutan HCl 0,1 M:
[\(\text{H}^+\)] = 0,1 M
[\(\text{Cl}^-\)] = 0,1 M
Elektrolit Lemah
Elektrolit lemah hanya mengion sebahagiannya dalam larutan. Ini bermakna hanya sebahagian kecil molekul elektrolit lemah membentuk ion apabila dilarutkan dalam air. Contoh elektrolit lemah termasuk asid lemah seperti asid asetik (CH3COOH) dan bes lemah seperti ammonia (NH3).
Soalan 2:
Tentukan darjah pengionan dan kepekatan ion dalam 0,1 M CH3COOH. Pemalar penceraian asid (\(K_a\)) untuk CH3COOH ialah 1,8 × 10^-5.
Perbincangan:
Tindak balas penceraian CH3COOH dalam air boleh ditulis sebagai:
\[ \text{CH}_3\text{COOH} \rightleftharpoons \text{CH}_3\text{COO}^- + \text{H}^+ \]
Darjah penceraian (\(\alpha\)) ditakrifkan sebagai pecahan asid yang tercerai menjadi ion. Dengan menggunakan nilai \(K_a\), kita boleh menulis hubungan berikut untuk larutan CH3COOH 0,1 M:
\[ K_a = [\text{CH}_3\text{COO}^-][\text{H}^+] / [\text{CH}_3\text{COOH}] \]
Oleh kerana pengionan CH3COOH adalah separa, kepekatan ion yang terbentuk ialah cα, dengan c ialah kepekatan awal CH3COOH (0,1 M). Maka persamaan menjadi:
\[ 1,8 \kali 10^{-5} = \frac{(0,1\alpha)(0,1\alpha)}{0,1(1-\alpha)} \]
Permudahkan kepada:
\[ 1,8 \kali 10^{-5} = \frac{0,01\alpha^2}{0,1 – 0,1\alpha} \]
Andaikan α cukup kecil sehingga kita boleh mengabaikan α dalam penyebut:
\[ 1,8 \kali 10^{-5} \lebih kurang 0,01\alpha^2 / 0,1 \]
\[ 1,8 \kali 10^{-5} \lebih kurang \alpha^2 \]
\[ \alpha \approx \sqrt{1,8 \times 10^{-5}} \]
\[ \alpha \lebih kurang 4,24 \times 10^{-3} \]
Jadi, darjah pengionan ialah 4,24 × 10^-3 atau 0,424%.
Kepekatan ion H+ dan CH3COO- dalam larutan ialah:
\[ [\text{H}^+] = 0,1 \times 4,24 \times 10^{-3} \approx 4,24 \times 10^{-4} \]
\[ [\text{CH}_3\text{COO}^-] = 0,1 \times 4,24 \times 10^{-3} \approx 4,24 \times 10^{-4} \]
Bukan elektrolit
Bukan elektrolit ialah sebatian yang tidak mengion dalam larutan akueus. Ini bermakna larutan bukan elektrolit tidak menghasilkan ion, dan oleh itu tidak boleh mengalirkan elektrik. Contoh bukan elektrolit termasuk gula (sukrosa), urea dan alkohol.
Soalan 3:
Mengapakah larutan etanol (C2H5OH) 0,1 M tidak mengalirkan elektrik?
Perbincangan:
Larutan etanol ialah bukan elektrolit. Etanol, apabila dilarutkan dalam air, tidak terurai menjadi ion. Struktur molekul etanol kekal utuh dalam larutan akueus. Disebabkan ketiadaan ion dalam larutan, etanol tidak dapat mengalirkan elektrik. Oleh itu, walaupun etanol mudah larut dalam air, kerana tiada ion terbentuk, larutan etanol tidak dapat mengalirkan elektrik walaupun pada sebarang kepekatan, termasuk 0,1 M.
Kesimpulannya
Memahami sifat-sifat elektrolit kuat, elektrolit lemah dan bukan elektrolit merupakan asas penting dalam kimia larutan. Elektrolit kuat mengion sepenuhnya dalam air dan oleh itu mengalirkan elektrik dengan baik, manakala elektrolit lemah hanya mengion sebahagiannya, menunjukkan kekonduksian elektrik yang lebih rendah. Sebaliknya, bukan elektrolit langsung tidak mengion dan oleh itu tidak boleh mengalirkan elektrik. Memahami konsep ini membantu pelajar mengenal pasti sebatian berdasarkan kelakuannya dalam larutan dan menjawab soalan berkaitan dengan betul.
