Menghitung pH H2SO4 yang Diketahui Konsentrasi dan Nilai Ka2-nya

Materi: kimia
Soal:
Berapa pH larutan H₂SO₄ 0,01 M (Ka₁ sangat besar dan Ka₂ = 0,012)
A. 1,84
B. 1,77
C. 1,70
D. 1,66
E. 1,54

Pembahasan Soal:
Perhitungan pH asam sulfat sering menganggap semua ion H⁺ terurai 100%, sehingga perhitungan pH cukup menggunakan data konsentrasi yang diketahui saja. Misal pada soal tersebut dianggap terurai sempurna secara keseluruhan dan tanpa data Ka maka perhitungan pH-nya menjadi:
pH = -log [H⁺]
pH = -log 2.[H₂SO₄]
pH = -log 2. 0,01
pH = -log 0,02
pH = 1,69897 ≈ 1,70

Cerita menjadi berbeda bila nilai Ka diketahui dan konsenrasinya relatif kecil seperti soal di atas.
Ion H⁺ memang dominan dihasilkan pada penguraian pertama H₂SO₄, karena nilai Ka₁ dikatakan sangat besar. Sementara itu penguraian H⁺ kedua dari ion HSO₄^– nilai Ka₂ = 0,012 jumlahnya memang relatif lebih kecil dibandingkan hasil dari penguraian pertama. Pada banyak kasus untuk H₂SO₄ dianggap terurai sempurna, kecuali disebut seperti pada soal ini.

Penguraian pertama:
H₂SO₄ → H⁺ + HSO₄^–

Karena pada penguraian ini berkesudahan, terurai sempurna, Ka₁ dikatakan sangat besar, maka
[H⁺] = [H₂SO₄] = 0,01 M = [HSO₄^–]

Penguraian kedua: HSO₄^– ⇌ H⁺ + SO₄^2–

Molaritas	HSO4–	⇌	H+	+	SO42–
Awal	0,01 M		0,01 M		0
Bereaksi	-x M		+x M		+x M
Setimbang	(0,01-x) M		(0,01+x) M		x M

Ka₂ = [H⁺][ SO₄^2–] / [HSO₄^–]
0,012 = ((0,01 M + x)(x)) / (0,01 M – x)
Asumsi nilai x <<< 0,01 M dan x = 0,012 M, di sini sebenarnya asumsi sudah jelas tidak bisa diterima karena nilai x justru lebih besar dari 0,01 M, namun sebagai contoh proses hitung lainnya nanti pada pembahasan ini tetap dicontohkan bagaimana cara menguji asumsi tersebut.

Menguji asumsi, apakah nilai Ka₂ boleh diabaikan?
Ikuti aturan 5% seperti yang pernah dibahas di blog ini. Cara mengujinya dengan menggunakan rumus “Kesalahan Relatif” sebagai berikut.
(0,012 M : 0,01 M) x 100% = 120%

Karena nilainya lebih dari 5% maka nilai x harus diselesaikan dengan menggunakan persamaan kuadrat.

0,012 = ((0,01 + x)(x)) / (0,01 – x)
0,012 = (0,01.x + x²) / (0,01 – x)
0,012 (0,01 – x ) = (0,01.x + x²)
0,00012 – 0,012.x = 0,01.x + x²
0,00012 – 0,012.x = 0,01.x + x²
x² + 0,01.x + 0,012.x – 0,00012 = 0
x² + 0,022.x – 0,00012 = 0

x diselesaikan dengan rumus persamaan kuadrat ABC diperoleh x = 0,0045 M

Total [H⁺] = [H⁺] hasil peruraian pertama + [H⁺] hasil peruraian kedua
Total [H⁺] = 0,01 M + 0,0045 M
Total [H⁺] = 0,0145 M

pH = -log [H⁺]
pH = - log 0,0145
pH = 1,8386 ≈ 1,84

Dari alternatif yang tersedia yang mendekati hasil hitung adalah pilihan A.