pH adalah minus logaritma konsentrasi ion hidrogen
pH adalah nilai yang diperoleh dengan mengambil logaritma basis 10 dari jumlah mol ion hidrogen [H⁺] dalam 1 L larutan, lalu membalik tandanya. Jika [H⁺] sebesar 1,0×10⁻³ M, pH-nya 3,00, dan jika 1,0×10⁻⁷ M, pH-nya 7,00. Karena berupa logaritma, setiap penurunan pH sebesar 1 berarti ion hidrogen menjadi 10 kali lebih banyak. pH 3 dan pH 6 hanya berbeda 3 satuan, tetapi konsentrasi ion hidrogennya berbeda 1.000 kali.
Masalahnya, soal dan percobaan biasanya tidak memberikan [H⁺] secara langsung, melainkan konsentrasi asam yang dilarutkan, misalnya "asam asetat 0,1 M". Kalkulator di atas menghitung pH langsung dari konsentrasi itu. Pada asam asetat 0,1 M, hanya 1,32% molekul yang terurai menjadi ion sehingga pH-nya 2,88, sedangkan asam klorida pada konsentrasi yang sama terurai seluruhnya dan pH-nya 1,00. Karena ion yang dilepaskan air sendiri ikut dihitung, hasilnya lebih akurat daripada rumus pendekatan buku pelajaran, bahkan untuk larutan yang sangat encer atau asam poliprotik seperti asam fosfat.
Kapan perhitungan pH diperlukan
pH meter dan kertas indikator mengukur larutan yang sudah dibuat. Perhitungan berguna sebelum itu, atau untuk memeriksa apakah hasil pengukuran masuk akal.
- Mengerjakan soal kimia dan memeriksa jawaban: pada soal menghitung pH dari konsentrasi asam atau basa kuat dan lemah, ditunjukkan kapan rumus pendekatan seperti √(Ka·C) berlaku, kapan tidak, dan berapa selisihnya.
- Memperkirakan larutan sebelum percobaan: Anda dapat melihat lebih dulu kira-kira berapa pH larutan asam atau basa yang akan dibuat, dan bagaimana perubahannya saat diencerkan, dengan mengubah konsentrasi. Natrium hidroksida 0,1 M ber-pH 13,00, lalu turun menjadi 12,00 dan 11,00 setiap kali diencerkan 10 kali.
- Memahami arti "asam lemah" atau "basa lemah" pada label: kategori sifat larutan yang dipakai pada label deterjen ditampilkan bersama bagan warna.
- Merasakan besarnya selisih pH: Badan Kelautan dan Atmosfer Amerika Serikat (NOAA) menjelaskan bahwa sejak Revolusi Industri pH permukaan laut turun 0,1, yang berarti keasaman naik sekitar 30%. Karena skalanya logaritmik, selisih kecil pada angka desimal pertama pun berarti perbedaan konsentrasi ion hidrogen puluhan persen.
Cara menggunakan
- Pilih cara menghitung: jika konsentrasi asam atau basa yang dilarutkan diketahui, pilih "Hitung dari konsentrasi larutan"; jika salah satu dari pH, pOH, [H⁺], atau [OH⁻] diketahui, pilih "Konversi pH dan konsentrasi ion".
- Masukkan zat dan konsentrasi: pilih asam atau basa dari daftar, lalu isikan konsentrasi dalam mol/L (M). Penulisan 0,1, 1e-3, 2,5×10^-4, maupun 2,5×10⁻⁴ dapat dibaca. Rumus kimia dan pKa (atau pKb) zat yang dipilih tampil di sampingnya.
- Asam atau basa yang tidak ada di daftar: pilih "Input sendiri", lalu tentukan salah satu dari asam kuat, asam lemah, basa kuat, atau basa lemah dan masukkan tetapan ionisasinya. Anda dapat beralih antara pKa dan Ka di sisi kanan kolom. Untuk garam (misalnya natrium asetat), masukkan Kb basa konjugatnya = 1,0×10⁻¹⁴ ÷ Ka sebagai basa lemah.
- Mengonversi nilai: isi hanya satu dari empat kolom yang nilainya diketahui, dan tiga kolom lainnya akan terisi otomatis. Kolom dengan bingkai tebal adalah nilai yang sedang dijadikan acuan.
- Pita bagan warna: geser pita atau tekan tombol ← dan → untuk mengubah pH. Memilih nama zat seperti air lemon atau air laut akan mengubah tampilan ke pH zat tersebut.
- Membawa hasil: "Salin hasil" menyalin pH, pOH, konsentrasi ion, dan penjelasannya sebagai teks, sedangkan "Salin tautan" menyalin alamat yang memuat isian saat ini.
Cara perhitungan
pH, pOH, [H⁺], dan [OH⁻]
Dalam air pada 25°C, [H⁺] × [OH⁻] = Kw = 1,0×10⁻¹⁴ sehingga pH + pOH = 14. Jika salah satunya diketahui, yang lain langsung diperoleh dari [H⁺] = 10−pH, pOH = 14 − pH, dan [OH⁻] = 10−pOH. Pada cara ini, [H⁺] bukan konsentrasi asam yang dilarutkan, melainkan konsentrasi ion hidrogen yang benar-benar ada dalam larutan.
Asam kuat dan basa kuat
Asam dan basa yang terurai seluruhnya menjadi ion dalam air, seperti asam klorida, asam nitrat, dan natrium hidroksida, didekati dengan [H⁺] ≈ C (untuk basa, [OH⁻] ≈ C). Jika satu satuan melepaskan 2 OH⁻ seperti kalsium hidroksida, nilainya 2C. Bila konsentrasi lebih encer daripada 10⁻⁶ M, 1,0×10⁻⁷ M yang dilepaskan air tidak dapat diabaikan, sehingga harus diselesaikan dengan [H⁺] = (C + √(C² + 4Kw)) ÷ 2.
Asam lemah dan basa lemah
Asam lemah HA hanya terurai sebagian. Jika jumlah yang terurai adalah x, maka Ka = x² ÷ (C − x), dan bila x dianggap jauh lebih kecil daripada C, diperoleh x ≈ √(Ka·C). Pendekatan ini cocok bila derajat ionisasinya kurang dari 5%. Asam asetat 0,1 M (derajat ionisasi 1,32%) menghasilkan pH 2,88 baik dengan pendekatan maupun nilai eksak, tetapi pada asam asetat 0,001 M terurai 12,4%, sehingga pendekatan 3,88 dan nilai eksak 3,91 berbeda.
Persamaan yang diselesaikan kalkulator ini
Kalkulator ini tidak memilih-milih rumus di atas, tetapi menyelesaikan semuanya dengan satu persamaan keseimbangan muatan. Untuk asam, [H⁺] = [OH⁻] + [A⁻] + 2[A²⁻] + …; untuk basa, [OH⁻] = [H⁺] + [BH⁺] + …. Konsentrasi setiap ion ditentukan oleh tetapan ionisasi dan [H⁺], sehingga [H⁺] diubah-ubah sampai kedua ruas sama (metode bagi dua pada skala logaritmik). Dengan begitu, asam kuat, asam lemah, asam poliprotik, dan larutan yang sangat encer dihitung dengan cara yang sama.
Rumus pH = −log[H⁺] · pOH = 14 − pH · pendekatan asam lemah [H⁺] ≈ √(Ka·C) · penyelesaian eksak: [H⁺] = Kw ÷ [H⁺] + C·n̄([H⁺]), n̄ = rata-rata jumlah H⁺ yang dilepaskan satu molekul · 25°C, Kw = 1,0×10⁻¹⁴, aktivitas dianggap sama dengan konsentrasi
Tabel pH menurut konsentrasi
Pada konsentrasi yang sama pun, pH sangat berbeda bergantung pada apakah asamnya kuat atau lemah dan berapa banyak ion yang dapat dilepaskan. Nilai dalam tabel dihitung dengan cara yang sama seperti kalkulator di atas. Pada kolom 10⁻⁸ M, pH tetap di bawah 7 meski yang ditambahkan adalah asam, dan tetap di atas 7 meski yang ditambahkan adalah basa.
| Zat | 1 M | 0,1 M | 10⁻² M | 10⁻³ M | 10⁻⁶ M | 10⁻⁸ M |
|---|---|---|---|---|---|---|
| Asam klorida HCl | 0,00 | 1,00 | 2,00 | 3,00 | 6,00 | 6,98 |
| Asam sulfat H₂SO₄ | 0,00 | 0,96 | 1,85 | 2,73 | 5,70 | 6,96 |
| Asam asetat CH₃COOH | 2,38 | 2,88 | 3,39 | 3,91 | 6,02 | 6,98 |
| Asam fosfat H₃PO₄ | 1,10 | 1,64 | 2,26 | 3,05 | 5,97 | 6,97 |
| Amonia NH₃ | 11,62 | 11,12 | 10,62 | 10,10 | 7,98 | 7,02 |
| Natrium hidroksida NaOH | 14,00 | 13,00 | 12,00 | 11,00 | 8,00 | 7,02 |
Asam sulfat 0,1 M menghasilkan pH 0,70 bila kedua H⁺ dihitung seperti di buku pelajaran, tetapi karena pKa₂ tahap kedua adalah 1,99, hasil perhitungan sebenarnya 0,96. Asam fosfat juga memberi hasil berbeda antara pendekatan yang hanya menghitung tahap pertama (1,58 pada 0,1 M) dan nilai eksak (1,64). Sebabnya, tahap pertama asam fosfat terurai 23%, sehingga anggapan C − x ≈ C tidak berlaku.
Perbandingan dengan nilai terukur
Basis data PubChem milik Institut Kesehatan Nasional Amerika Serikat memuat pH larutan berair untuk beberapa zat pada berbagai konsentrasi. Nilai hitung sama dengan nilai terukur pada angka yang dibulatkan.
| Zat | Konsentrasi | pH terukur (PubChem) | Kalkulator ini |
|---|---|---|---|
| Asam asetat CH₃COOH | 1,0 M | 2,4 | 2,38 |
| Asam asetat CH₃COOH | 0,1 M | 2,9 | 2,88 |
| Asam asetat CH₃COOH | 0,01 M | 3,4 | 3,39 |
| Amonia NH₃ | 1,0 M | 11,6 | 11,62 |
| Amonia NH₃ | 0,1 M | 11,1 | 11,12 |
| Amonia NH₃ | 0,01 M | 10,6 | 10,62 |
| Natrium hidroksida NaOH | 0,05% (sekitar 0,0125 M) | ≈12 | 12,10 |
| Natrium hidroksida NaOH | 0,5% (sekitar 0,125 M) | ≈13 | 13,10 |
Persatuan Kimia Murni dan Terapan Internasional (IUPAC) mendefinisikan pH bukan berdasarkan konsentrasi, melainkan aktivitas ion hidrogen. Makin pekat larutan, makin kuat ion-ion saling tarik sehingga konsentrasi yang benar-benar ikut bereaksi (aktivitas) menjadi lebih kecil daripada konsentrasi yang dimasukkan, dan selisih antara nilai hitung dan nilai terukur dapat membesar.
pH zat sehari-hari dan kategori sifat larutan
Berikut pH zat yang ditandai pada pita bagan warna beserta dasarnya. pH makanan berubah menurut varietas dan cara pengolahan, jadi anggaplah sebagai nilai perwakilan.
| Zat | Kondisi | pH | [H⁺] (M) | Sumber |
|---|---|---|---|---|
| Air lemon | Sari buah | 2,2 | 6,31×10⁻³ | USDA ARS |
| Anggur merah | Anggur merah | 3,63 | 2,34×10⁻⁴ | USDA ARS |
| Jus jeruk | Jus | 4,2 | 6,31×10⁻⁵ | USDA ARS |
| Air hujan | Air hujan biasa | ≈5,6 | 2,51×10⁻⁶ | USGS |
| Susu | Susu bubuk penuh yang dilarutkan dalam air | 6,5 | 3,16×10⁻⁷ | USDA ARS |
| Air murni | 25°C | 7,00 | 1,00×10⁻⁷ | Kw |
| Darah | Rentang normal | 7,35~7,45 | 3,55×10⁻⁸~4,47×10⁻⁸ | MSD Manual |
| Air laut | Rata-rata laut | ≈8,1 | 7,94×10⁻⁹ | NOAA |
| Larutan soda kue | Natrium bikarbonat 0,1 M | 8,3 | 5,01×10⁻⁹ | PubChem |
| Larutan amonia | 0,1 N (0,1 M) | 11,1 | 7,94×10⁻¹² | PubChem |
| Air kapur | Kalsium hidroksida jenuh (25°C) | 12,4 | 3,98×10⁻¹³ | PubChem |
| Larutan soda api | Natrium hidroksida 0,5% | ≈13 | 1,00×10⁻¹³ | PubChem |
Istilah seperti "asam lemah" dan "basa lemah" pada label deterjen memiliki batas pH yang ditetapkan oleh Peraturan Pelabelan Mutu Barang Kelontong (雑貨工業品品質表示規程) Badan Urusan Konsumen Jepang. Yang diukur adalah larutan asli pada 25°C (untuk bubuk, larutan yang dibuat dengan konsentrasi tertentu). Chip sifat larutan pada kalkulator ini juga mengikuti batas tersebut.
| Sifat | Rentang pH | Contoh sehari-hari |
|---|---|---|
| Asam | pH di bawah 3,0 | Air lemon 2,2 |
| Asam lemah | pH 3,0 hingga di bawah 6,0 | Anggur merah 3,6, Jus jeruk 4,2, Air hujan 5,6 |
| Netral | pH 6,0 hingga 8,0 | Susu 6,5, Air murni 7,0, Darah 7,4 |
| Basa lemah | pH di atas 8,0 hingga 11,0 | Air laut 8,1, Larutan soda kue 8,3 |
| Basa | pH di atas 11,0 | Larutan amonia 11,1, Air kapur 12,4, Larutan soda api 13,0 |
Kesalahan yang sering terjadi
- Menghitung asam klorida 10⁻⁸ M sebagai pH 8: bila −log(10⁻⁸) = 8 dipakai begitu saja, asam menjadi bersifat basa. Dengan menambahkan H⁺ dari air, pH-nya 6,98.
- Mengira asam kuat pasti sangat asam: asam kuat hanya berarti terurai seluruhnya. Asam klorida 1,0×10⁻⁴ M ber-pH 4,00 dan masuk kategori asam lemah, sehingga kurang asam daripada asam asetat 1 M (pH 2,38).
- Membaca selisih pH sebagai kelipatan biasa: pH 3 bukan "dua kali" lebih asam daripada pH 6, melainkan memiliki ion hidrogen 1.000 kali lebih banyak.
- Memasukkan konsentrasi asam ke kolom [H⁺]: [H⁺] pada "Konversi pH dan konsentrasi ion" adalah konsentrasi ion hidrogen yang sebenarnya. Jika konsentrasi asam lemah dimasukkan di sini, pH-nya jadi terlalu rendah, jadi gunakan "Hitung dari konsentrasi larutan".
- Memasukkan mM sebagai M: 5 mM adalah 0,005 M (5e-3). Salah satuan 1.000 kali membuat pH asam kuat meleset 3.
Jika suhu berubah, pH netral ikut berubah
pH + pOH = 14 hanya berlaku pada 25°C. Hasil kali ion air membesar saat suhu naik, sehingga pH netral air murni (setengah pKw) turun. Air ber-pH 6,1 pada 100°C bukan asam, melainkan netral.
| Suhu | pKw | pH netral |
|---|---|---|
| 0°C | 14,95 | ≈7,5 |
| 25°C | 13,99 | ≈7,0 |
| 50°C | 13,26 | ≈6,6 |
| 100°C | 12,25 | ≈6,1 |
Kalkulator ini menghitung pada 25°C dengan pKw = 14,00 (Kw = 1,0×10⁻¹⁴), seperti kebanyakan buku pelajaran. Pada tabel yang sama, pKw pada 25°C adalah 13,99, selisih 0,01 pada desimal kedua.
Batasan
- Acuan 25°C: Kw dan tetapan ionisasi semuanya nilai pada 25°C. Pada suhu lain, pH netral dan derajat ionisasi asam lemah ikut berubah.
- Larutan non-ideal: konsentrasi dianggap sama dengan aktivitas. Larutan pekat di atas 1 M atau larutan yang banyak mengandung garam dapat menyimpang jauh dari pH sebenarnya.
- Hanya satu zat: penetralan antara asam dan basa, larutan penyangga, dan larutan campuran dua zat atau lebih tidak dihitung.
- Jumlah yang larut: zat yang sulit larut seperti kalsium hidroksida pun dianggap larut seluruhnya sesuai konsentrasi yang dimasukkan.
- Asam karbonat: perhitungan menganggap seluruh karbon dioksida yang terlarut dalam air sebagai asam karbonat. pH larutan yang kehilangan karbon dioksida, seperti minuman berkarbonasi, berubah seiring waktu.
- Tidak menggantikan pengukuran: bila pH larutan sebenarnya diperlukan, ukurlah dengan pH meter yang sudah dikalibrasi.
Sumber
- 01LibreTexts: E1 Acid Dissociation Constants at 25°CNilai CRC Handbook of Chemistry and Physics edisi ke-84. pKa asam asetat 4,756, asam format 3,75, asam fluorida 3,20, asam benzoat 4,204, asam hipoklorit 7,40, asam sianida 9,21, asam karbonat 6,35 dan 10,33, asam fosfat 2,16, 7,21, dan 12,32, asam sitrat 3,13, 4,76, dan 6,40, tahap kedua asam sulfat 1,99
- 02LibreTexts: E2 Base Dissociation Constants at 25°CNilai CRC Handbook edisi ke-84. pKb amonia 4,75, metilamina 3,34, piridina 8,77
- 03IAPWS R11-24: Revised Release on the Ionization Constant of H₂O (2024)Tabel 3, pKw pada 0,1 MPa: 0°C 14,95 · 25°C 13,99 · 50°C 13,26 · 100°C 12,25
- 04PubChem: Acetic Acid (CID 176)pH larutan berair 1,0 M 2,4 · 0,1 M 2,9 · 0,01 M 3,4
- 05PubChem: Ammonia (CID 222)pH larutan berair 1,0 N 11,6 · 0,1 N 11,1 · 0,01 N 10,6
- 06PubChem: Sodium Bicarbonate (CID 516892)pH larutan berair 0,1 M yang baru dibuat pada 25°C: 8,3
- 07PubChem: Sodium Hydroxide (CID 14798)pH larutan berair 0,05% (massa) sekitar 12 · 0,5% sekitar 13 · 5% sekitar 14
- 08PubChem: Calcium Hydroxide (CID 6093208)pH larutan jenuh pada 25°C: 12,4
- 09Dinas Penelitian Pertanian Departemen Pertanian AS (USDA ARS): pH of Selected FoodsAir lemon 2,2 · jus jeruk 4,2 · anggur merah 3,63 · susu dari susu bubuk penuh 6,5
- 10Survei Geologi AS (USGS): pH and WaterpH air hujan biasa sekitar 5,6 (karena karbon dioksida di atmosfer); selisih satu satuan pH berarti perbedaan 10 kali
- 11Badan Kelautan dan Atmosfer AS (NOAA): Ocean acidificationpH rata-rata laut sekitar 8,1; sejak Revolusi Industri pH permukaan turun 0,1 = keasaman naik sekitar 30%
- 12MSD Manual: Overview of Acid-Base BalancepH darah normal sekitar 7,35~7,45
- 13Badan Urusan Konsumen Jepang: Peraturan Pelabelan Mutu Barang Kelontong (deterjen sintetis dan pembersih)Sifat larutan: pH di bawah 3,0 asam · 3,0 hingga di bawah 6,0 asam lemah · 6,0 hingga 8,0 netral · di atas 8,0 hingga 11,0 basa lemah · di atas 11,0 basa, diukur pada 25°C
- 14IUPAC Gold Book: pHpH = −lg a(H⁺), didefinisikan dengan aktivitas ion hidrogen (Measurement of pH, IUPAC Recommendations 2002, Pure Appl. Chem. 74, 2169)
Pertanyaan yang sering diajukan
Bagaimana cara menghitung pH?
pH adalah nilai yang diperoleh dengan mengambil logaritma basis 10 dari konsentrasi ion hidrogen [H⁺] (mol/L) lalu membalik tandanya, yaitu pH = −log[H⁺]. Jika [H⁺] sebesar 1,0×10⁻³ M, pH-nya 3,00, dan bila diencerkan 10 kali menjadi 1,0×10⁻⁴ M, pH-nya 4,00. Pada 25°C, nilai lainnya diperoleh dari pOH = 14 − pH dan [OH⁻] = 1,0×10⁻¹⁴ ÷ [H⁺].
Berapa pH asam asetat 0,1 M?
Dengan pKa asam asetat 4,756 (Ka 1,75×10⁻⁵, CRC Handbook edisi ke-84), pH-nya 2,88. Karena hanya 1,32% molekul yang terurai menjadi ion, [H⁺] 76 kali lebih kecil daripada asam klorida pada konsentrasi yang sama (pH 1,00). Data asam asetat di PubChem milik Institut Kesehatan Nasional AS juga mencatat larutan 0,1 M ber-pH 2,9.
Mengapa pH asam klorida 10⁻⁸ M bukan 8?
Sebab air sendiri melepaskan H⁺ dan OH⁻ masing-masing 1,0×10⁻⁷ M. H⁺ yang ditambahkan asam klorida (1,0×10⁻⁸ M) lebih sedikit daripada yang dilepaskan air, sehingga bila ionisasi air ikut dihitung, [H⁺] = 1,05×10⁻⁷ M dan pH-nya 6,98. Larutan yang diberi asam tidak mungkin menjadi basa (pH 8).
Apakah pH asam sulfat 0,1 M sama dengan 0,70?
Jika asam sulfat dianggap melepaskan kedua H⁺ seperti di buku pelajaran, [H⁺] = 0,2 M dan pH-nya 0,70. Pada kenyataannya Ka₂ tahap kedua adalah 1,0×10⁻² (pKa₂ 1,99), sehingga hanya 8,61% HSO₄⁻ yang terurai lagi, dan kalkulator ini menghasilkan [H⁺] = 0,109 M serta pH 0,96. Untuk soal ujian, ikuti anggapan yang ditetapkan dalam soal.
Apakah pH + pOH selalu sama dengan 14?
Hanya pada 25°C. pKw, hasil kali ion air, berubah menurut suhu: pada tabel Asosiasi Internasional untuk Sifat-sifat Air dan Uap (IAPWS), nilainya 14,95 pada 0°C, 13,99 pada 25°C, 13,26 pada 50°C, dan 12,25 pada 100°C. Karena itu pH netral air murni sekitar 7,5 pada 0°C dan sekitar 6,1 pada 100°C. Kalkulator ini menghitung pada 25°C dengan pKw = 14,00, seperti buku pelajaran.
Bisakah pH kurang dari 0 atau lebih dari 14?
Bisa. Asam kuat dengan konsentrasi di atas 1 M secara perhitungan ber-pH di bawah 0, dan basa kuat di atas 1 M ber-pH di atas 14. Namun pada larutan sepekat itu ion-ion saling memengaruhi, sehingga pH sebenarnya dapat berbeda jauh dari nilai hitung. Karena itu kalkulator ini hanya menerima konsentrasi sampai 10 M dan menambahkan catatan bila melebihi 1 M.
Apakah asam kuat selalu bersifat sangat asam?
Tidak. Asam kuat dan lemah menyatakan seberapa jauh asam terurai menjadi ion dalam air, sedangkan kekuatan sifat asam ditentukan oleh pH larutannya. Asam klorida 1,0×10⁻⁴ M adalah asam kuat yang terurai seluruhnya, tetapi pH-nya 4,00 sehingga masuk kategori asam lemah, sedangkan asam asetat 1 M adalah asam lemah dengan pH 2,38 yang masuk kategori asam.
Berapa pH untuk asam lemah, netral, dan basa lemah?
Peraturan Pelabelan Mutu Barang Kelontong dari Badan Urusan Konsumen Jepang membagi sifat larutan deterjen menjadi: pH di bawah 3,0 asam, 3,0 hingga di bawah 6,0 asam lemah, 6,0 hingga 8,0 netral, di atas 8,0 hingga 11,0 basa lemah, dan di atas 11,0 basa (diukur pada 25°C). Kategori pada kalkulator ini memakai batas yang sama. Netral dalam kimia hanyalah satu titik, yaitu pH 7,00 pada 25°C.