Menghitung PH

 Air hujan yang normal bersifat sedikit asam karena mengandung gas karbon dioksida yang terlarut. Karbon dioksida yang larut dalam air membuat larutan bersifat asam:

CO_2(aq) + H₂O_(l) D H⁺ _(aq) + HCO₃^- _(aq)            K_a = 4,3 x 10^-7

Dilain pihak, hujan asam adalah problem utama  dibanyak bagian permukaan bumi. . Hujan asqam mengandung sejumlah asam kuat seperti H₂SO₄ dan  HNO₃. Asam asam ini terutama dihasilkan dari pembakaran bahan fossil (batubara, minyak bumi dan gas alam) yang mengandung sulfur. Pembakaran tersebut menghasilkan sulfur dioksida yang selanjutnya bereaksi dengan oksigen  di atmosfir membentuk  sulfur trioksida. Sulfur trioksida larut dalam air dan membentuk asam sulfat: Akibatnya keasaman air hujan meningkat , yang akan merusak pepohonan, kehidupan air korosi terhadap logam dan mengikis batuan atau bagunan.

a. Tuliskan lah reaksi reaksi yang terjadi, mulai dari Sulfur membentuk sulfur dioksida, sulfur trioksida dan asqam sulfat.  

b.  pH in dapat menjadi  3 atau bahkan lebih rendah untuk daerah yang terpolusi berat.

Hitunglah konsnentrasi  [H⁺] dan [OH^-] pada pH 3,30 dan 25^oC.

c. Bila sulfur dioksida  (SO₂) larut dalam air, akan terbentuk asam sulfit (H₂SO₃, K_a1=1,7 x 10^-2, K_a2=6,4 x 10^-8). Didalam air, asam sulfit akan menyumbangkan proton ke molekul air.  

i.    Tuliskan reaksi kesetimbangan kimianya, dan tunjukkan mana yang merupakan asam dan basa kuat Bronsted-Lowry yang lebih kuat dari persamaan reaksi  tersebut. (berikan hanya untuk reaksi proton yang pertama dari H₂SO₃)

ii.    Bila ionisasi dari HSO₃^- selanjutnya diabaikan (karena K_a2<<K_a1), hitunglah pH larutan bila konsentrasi awal H₂SO₃ adalah  4,0 x 10^-4M.

d.    Bila   pada awalnya SO₂ dari soal (c) dioksidasi menjadi  SO₃, maka konsentrasi  H₂SO₄ adalah juga 4,0 x 10^-4M.

Dalam kasus ini, hitunglah  pH larutan H₂SO₄. (H₂SO₄, K_a1 sangat besar, dan terionisasi sempurna,  dan K_a2 = 1.2 x 10^-2).

e.  Alam mempunyai cara sendiri untuk memerngi hujan asam. Danau juga membunyai kapasitas buffeer, khususnya untuk daerah yang banyak mengandung batu kapur yang akan meningkatkan  jumlah kasium karbonat terlarut. Tuliskan persamaan reaksi untuk air hujan yang mengandung sedikit asam sulfat yang jatuh ke danau yangn mengandung sejumlah ion karbonat (CO₃^2-). Jelaskan mengapa danau tersebut dapat menahan perubahan  pH. Apa yang akan terjadi bila  sejumlah air hujan asam jatuh kedanau secara berlebihan dan terdeposisi di danau?

JAWAB:

a.   S_{(dari bahan baker fossil)} + O_{2 (g)} g SO_2(g)

2 SO₂(g) + O_2(g) g 2 SO_3(g)

SO_3(g) + H₂O_{(air hujan )} g H₂SO_4(aq)

 Masing masing  (1 poin)

b.   pH = -log[H⁺]
[H⁺] = 10^-pH = 10^-3,30 = 5,0 x 10^-4 M                                        (1 poin)
Dalam air pada  25^oC, [H⁺][OH^-] = 1,0 x 10^-14
[OH^-] = (1,0 x 10^-14)/ (5,0 x 10^-4) = 2,0 x 10^-11 M                   (1 poin)

c.  i.           H₂SO_3(aq) + H₂O_(l) D HSO₃^- _(aq) + H₃O⁺ _(aq)                ( 1 poin)

H₃O⁺ adalah asam yang lebih kuat  (ditunjukkan oleh  K_a1 < 1) dan HSO₃^- adalah basa yang lebih kuat.                            (1 poin)

ii. Karena  konsentrasi  lebih kecil dari  0,01 M dan  K_a1 lebih besar dari  0, 0001, maka digunakan persamaan kuadrat.

K_a1 = [H⁺][HSO₃^-] / [H₂SO₃]

	[H+]	[HSO3-]	[H2SO3]
Awal	0	0	4,0 x 10-4M
pergeseran	+x	+x	-x
Kesetimbangan	+x	+x	4,0 x 10-4M - x

1.7 x 10^-2 = x²/(4.0 x 10^-4M - x)

x² + (1.7 x 10^-2)x - 6.8 x 10^-6 = 0

dengan formula persamaan kuadrat, diperoleh:

x = 0.00039 = [H⁺] so pH = 3.4           (2 poin)

1. Karena konsntrasi renda dan  K_a2 > 10^-4, maka digunakan persamaan kuadrat.

H₂SO_4(aq) + H₂O_(l) g HSO₄^- _(aq) + H₃O⁺ _(aq)             (dianggap sempurna)

HSO₄^-_(aq) + H₂O_(l) D SO₄^2-_(aq) + H₃O⁺_(aq)                Ka = 1,2 x 10^-2

Maka harus dihitung hasil H⁺ dari ionisasi kedua:

1,2 x 10^-2 = [H⁺][SO₄^2-] / [HSO₄^-]

	[H+]	[SO42-]	[HSO4-]
awal	4,0 x 10-4 (from 1st rxn)	0	4,0 x 10-4M (dari reaksi pertama)
pergeseran	+x	+x	-x
Kesetimbanga n	4,0 x 10-4 + x	+x	4,0 x 10-4M - x

1,2 x 10^-2 = (4,0 x 10^-4 + x) x / (4,0 x 10^-4M - x)

x² + (1, 2 x 10^-2) x - (4,8 x 10^-6) = 0

Dengan persamaan kuadrat diperoleh:
x = 0,00039
[H⁺] = 4,0 x 10^-4 + x = 0.00079,

Jadi: pH =3.1

Ion CO₃^2- adalah basa konyugasi dari asam lemah HCO₃^- , dan sehingga dapat bereaksi dengan  asam kuat H₃O⁺ dari larutan asam sulfat menurut reaksi:

CO₃^2-(aq) + H₃O⁺(aq) D HCO₃^-(aq) + H₂O(l)

Dengan nilai  K = 1/K_a2  dari H₂CO₃ (jadi, nilai  K besar)

Hal yang sama:  HSO₄^- juga bereaksi dengan CO₃^2-:

CO₃^2-_(aq) + HSO₄^-_(aq) D SO₄^2- _(aq) + HCO₃^-_(aq)

Dengan nilai  K = (K_a2  H₂SO₄)/(K_a2 H₂CO₃) (nilai K besar)

Jadi, akan membentuk sistem buffer HCO₃^-/CO₃^2-, yang akan menahan perubahan pH selanjutnya.
Hujan asam yang berlebih akan mengkonsumsi/ bereaksi dengan  semua ion  CO₃^2- dan  HCO₃^-, berubah menjadi  H₂CO₃ (sifat buffernya hilang)