Contoh Soalan Membincangkan pH Asid dan Bes
Apabila kita bercakap tentang asid dan bes, satu konsep penting yang mesti kita fahami ialah pH. pH ialah ukuran keasidan atau kealkalian sesuatu larutan. Satu formula yang digunakan untuk menentukan pH ialah:
\[ \text{pH} = -\log [H^+] \]
Dalam formula ini, \([H^+]\) ialah kepekatan ion hidrogen dalam larutan yang diukur dalam molariti (\(\text{mol/L}\)). Selain pH, kita juga mempunyai \(\text{pOH}\), yang digunakan untuk menentukan kebesanan larutan:
\[ \text{pOH} = -\log [OH^-] \]
Kemudian, hubungan antara pH dan pOH dikawal oleh persamaan berikut:
\[ \text{pH} + \text{pOH} = 14 \]
Di bawah ini kita akan membincangkan beberapa contoh soalan mengenai cara mengira pH larutan asid dan bes, berserta perbincangannya.
Contoh Soalan 1: Mengira pH Larutan Asid Kuat
Soalan:
Kira pH larutan HCl (asid hidroklorik) dengan kepekatan 0,01 M.
Perbincangan:
HCl ialah asid kuat yang akan terurai sepenuhnya dalam air:
\[ \text{HCl} \rightarrow \text{H}^+ + \text{Cl}^- \]
Oleh kerana HCl terdisosiasi sepenuhnya, kepekatan ion hidrogen \([H^+]\) dalam larutan akan sama dengan kepekatan awal HCl, iaitu 0,01 M.
\[ [H^+] = 0,01 \, \text{M} \]
Seterusnya, kita gunakan formula pH:
\[ \text{pH} = -\log [H^+] \]
\[ \text{pH} = -\log (0,01) \]
\[ \text{pH} = -\log (10^{-2}) \]
\[ \text{pH} = 2 \]
Jadi, pH larutan HCl 0,01 M ialah 2.
Contoh Soalan 2: Mengira pH Larutan Bes Kuat
Soalan:
Kirakan pH larutan NaOH (natrium hidroksida) dengan kepekatan 0,001 M.
Perbincangan:
NaOH ialah bes kuat yang terurai sepenuhnya dalam air:
\[ \text{NaOH} \rightarrow \text{Na}^+ + \text{OH}^- \]
Kepekatan ion hidroksida \([OH^-]\) dalam larutan akan sama dengan kepekatan awal NaOH, iaitu 0,001 M.
\[ [OH^-] = 0,001 \, \text{M} \]
Seterusnya, kita kira pOH:
\[ \text{pOH} = -\log [OH^-] \]
\[ \text{pOH} = -\log (0,001) \]
\[ \text{pOH} = -\log (10^{-3}) \]
\[ \text{pOH} = 3 \]
Selepas itu, kita menggunakan hubungan antara pH dan pOH:
\[ \text{pH} + \text{pOH} = 14 \]
\[ \text{pH} + 3 = 14 \]
\[ \text{pH} = 11 \]
Jadi, pH larutan NaOH 0,001 M ialah 11.
Contoh Soalan 3: Mengira pH Larutan Asid Lemah
Soalan:
Kira pH larutan CH3COOH (asid asetik) dengan kepekatan 0,01 M dan pemalar penceraian \(K_a = 1,8 \times 10^{-5}\).
Perbincangan:
Sebaik sahaja kita mempunyai asid lemah, seperti asid asetik, yang tidak terurai sepenuhnya, kita mesti menggunakan pemalar penceraian asid (\(K_a\)) untuk mencari kepekatan ion H+ dalam larutan.
Persamaan untuk penceraian asid asetik dalam air:
\[ \text{CH}_3\text{COOH} \leftrightarrow \text{H}^+ + \text{CH}_3\text{COO}^- \]
Pemalar penceraian (\(K_a\)):
\[ K_a = \frac{[H^+] [\text{CH}_3\text{COO}^-]}{[\text{CH}_3\text{COOH}]} \]
Mari kita andaikan bahawa kepekatan ion hidrogen dan ion asetat ialah \(x\), maka:
\[ K_a = \frac{x \cdot x}{0,01 – x} \]
Oleh kerana \(K_a\) sangat kecil, kita boleh menganggap bahawa \(0,01 – x \approx 0,01\):
\[ 1,8 \kali 10^{-5} = \frac{x^2}{0,01} \]
\[ x^2 = 1,8 \kali 10^{-5} \kali 0,01 \]
\[ x^2 = 1,8 \digandakan 10^{-7} \]
\[ x = \sqrt{1,8 \times 10^{-7}} \]
\[ x \lebih kurang 1,34 \kali 10^{-4} \]
Jadi, kepekatan ion hidrogen \([H^+]\) ialah \(1,34 \times 10^{-4} \, \text{M}\).
Seterusnya, kita kira pH:
\[ \text{pH} = -\log [H^+] \]
\[ \text{pH} = -\log (1,34 \times 10^{-4}) \]
\[ \text{pH} \lebih kurang 3,87 \]
Jadi, pH larutan asid asetik 0,01 M ialah kira-kira 3,87.
Contoh Soalan 4: Mengira pH Larutan Bes Lemah
Soalan:
Kira pH larutan NH3 (amonia) dengan kepekatan 0,01 M dan pemalar penceraian bes \(K_b = 1,8 \times 10^{-5}\).
Perbincangan:
NH3 ialah bes lemah yang tidak terurai sepenuhnya. Kita mesti menggunakan pemalar penceraian bes (\(K_b\)) untuk mencari kepekatan ion OH^- dalam larutan.
Tindak balas penceraian ammonia dalam air:
\[ \text{NH}_3 + \text{H}_2\text{O} \leftrightarrow \text{NH}_4^+ + \text{OH}^- \]
Pemalar penceraian asas (\(K_b\)):
\[ K_b = \frac{[\text{NH}_4^+][\text{OH}^-]}{[\text{NH}_3]} \]
Mari kita andaikan bahawa kepekatan ion ammonium dan ion hidroksida ialah \(x\), maka:
\[ K_b = \frac{x \cdot x}{0,01 – x} \]
Oleh kerana \(K_b\) sangat kecil, kita boleh menganggap bahawa \(0,01 – x \approx 0,01\):
\[ 1,8 \kali 10^{-5} = \frac{x^2}{0,01} \]
\[ x^2 = 1,8 \kali 10^{-5} \kali 0,01 \]
\[ x^2 = 1,8 \digandakan 10^{-7} \]
\[ x = \sqrt{1,8 \times 10^{-7}} \]
\[ x \lebih kurang 1,34 \kali 10^{-4} \]
Jadi, kepekatan ion hidroksida \([OH^-]\) ialah \(1,34 \times 10^{-4} \, \text{M}\).
Seterusnya, kita kira pOH:
\[ \text{pOH} = -\log [OH^-] \]
\[ \text{pOH} = -\log (1,34 \times 10^{-4}) \]
\[ \text{pOH} \lebih kurang 3,87 \]
Selepas itu, kita menggunakan hubungan antara pH dan pOH:
\[ \text{pH} + \text{pOH} = 14 \]
\[ \text{pH} + 3,87 = 14 \]
\[ \text{pH} \lebih kurang 10,13 \]
Jadi, pH larutan ammonia 0,01 M ialah kira-kira 10,13.
Kesimpulannya
Dalam kajian pH, adalah penting untuk memahami perbezaan antara asid dan bes kuat dan lemah, serta bagaimana setiap satunya terurai dalam larutan. Ini secara langsung mempengaruhi cara kita mengira pH larutan tertentu. Mengira pH melibatkan penggunaan logaritma dan prinsip kimia asas. Memahami konsep-konsep ini dapat membantu kita dalam pelbagai aplikasi kimia dan biologi setiap hari.
