Menghitung pH Na2CO3 dengan Data Konsentrasi dan Kb1

Materi: kimia
Asam diprotik, asam yang bila terion akan menghasilkan proton (ion hidrogen) sebanyak 2 proton. Tetapan ionisasi dari pengionanan pertama dari asam diprotik disebut K_a1. Tetapan ionisasi dari pengionanan kedua dari asam diprotik disebut K_a2.

H2A + H2O ⇌ HA– + H3O+	Ka1 = $\dfrac{[HA^-][H_3O^+]}{[H_2A]}$
HA– + H2O ⇌ A2– + H3O+	Ka2 = $\dfrac{[A^{2-}][H_3O^+]}{[HA^-]}$

Kebalikan dari reaksi pengionan kedua (reaksi dari basa konjugat A^2– dengan H⁺ dari air) nilai tetapan ionisasinya menjadi K_b1.

Kebalikan dari reaksi pengionan kedua (reaksi dari basa konjugat HA^– dengan H⁺ dari air) nilai tetapan ionisasainya menjadi K_b2.

A2– + H2O ⇌ HA– + OH–	Kb1 = $\dfrac{[HA^-][OH^-]}{[A^{2-}]}$
HA– + H2O ⇌ H2A + OH–	Kb2 = $\dfrac{[H_2A][OH^-]}{[HA^-]}$

Karena asam poliprotik dapat mendonasikan lebih dari satu proton, ia memberikan tantangan tersendiri dalam memperkirakan pH larutannya. Untuk beberapa asam poliprotik, seperti asam fosfat, asam karbonat, dan asam sulfida (H₂S), setelah melepaskan satu proton konstanta ionisasinya masing-masing berturut-turut sekira 10⁴ hingga 10⁶ lebih kecil dari ionisasi langkah sebelumnya. Ini artinya bahwa ionisasi pertama asam ploprotik menghasilkan sejuta kali ion H₃O⁺ dari ionisasi kedua. Untuk alasan ini, pH dari beberapa asam poliprotik anorganik tergantung pada ion H₃O⁺ yang dihasilkan pada ionisasi pertama; ion H₃O⁺ yang dihasilkan pada ionisasi tahap kedua dapat diabaikan.

Prinsip yang sama dapat diterapkan untuk deprotonasi (penerimaan proton) basa konjugat dari asam poliprotik. Hal ini dijelaskan dengan perhitungan pH larutan ion karbonat.

Soal:
Ion karbonat (CO₃^2–), adalah basa dalam air, membentuk ion hidrogen karbonat, yang pada gilirannya membentuk asam karbonat.
CO₃^2–(aq) + H₂O(l) ⇌ HCO₃^–(aq) + OH^–(aq)      K_b1 = 2,1×10^–4
HCO₃^–(aq) + H₂O(l) ⇌ H₂CO₃(aq) + OH^–(aq)     K_b2 = 2,4×10^–8
Berapakah pH dari 0,1 larutan Na₂CO₃?

Konstanta ionisasi pertama, K_b1, jauh lebih besar dari konstanta ionisasi kedua, K_b2, sehingga konsentrasi OH^– dalam larutan hampir sepenuhnya dihasilkan pada tahap pertama. Karena itu, Anda dapat menghitung konsentrasi OH^– yang dihasilkan pada ionisasi tahap pertama saja, tetapi kita akan menguji kesimpulan bahwa hasil OH^– yang dihasilkan pada tahap kedua dapat diabaikan.

Penyelesaian:
Buat tabel ABS (Awal-Berubah-Setimbang) untuk reaksi dari ion karbonat.

Reaksi	:	CO32–	+	H2O	⇌	HCO3–	+	OH–
Awal	:	0,10				0		0
Berubah	:	–x				+x		+x
Setimbang	:	(0,10 – x)				x		x

Berdasarkan tabel ini, konsentrasi setimbangan OH^– (–x) dapat dihitung

$K_{b1} = 2,1 \times 10^{-4} = \dfrac{[HCO_3^-][OH^-]}{[CO_3^{2-}]}=\dfrac{x^2}{0,10 - x}$

Karena K_b1 relatif kecil, ia masuk akan untuk membuat pendekatan bahwa (0,10 – x) ≈ 0,10.

Oleh karena itu

x = [HCO₃^–] = [OH^–] =$\sqrt{(2,1 \times 10^{-4})(0,10)}$ = 4,6×10^–3 M

Menggunakan nilai [OH^–], Anda dapat menghitung pOH dari larutan,
pOH = –log (4,6×10^–3) = 2,34
dan kemudian gunakan hubungan pH + pOH = 14 untuk menghitung pH.
pH = 14 – pOH = 11,66
Akhirnya, Anda dapat menyimpulkan bahwa konsentrasi ion karbonat dengan pendekatan tadi cukup baik, 0,10 M
[CO₃^2–] = 0,10 – 0,0046 = 0,09954 ≈ 0,10 M

Dari penjelasan penentuan [OH^–] =$\sqrt{(2,1 \times 10^{-4})(0,10)}$ dapat digeneralisasikan bahwa [OH^–] untuk garam sejenis dengan ini dapat dihitung menggunakan rumus [OH^–] =$\sqrt{K_{b1} \times [G]}$ dengan catatan nilai K_b1 jauh lebih besar dari K_b2. Memang ada hubungan antara Kw, Ka, dan Kb. Selama ini diketahui bahwa $K_b=\dfrac{K_w}{K_a}$ atau kadang disebut tetapan hidrolisis kesekian untuk nilai Kb, Ka ini dan [OH^–] = $\sqrt{\dfrac{K_w}{K_{a}} \times [G]}$.
Sumber: Chemistry and Chemical Reactivity, Oleh John Kotz, dkk.