Dalam kimia, pH adalah skala logaritmik yang digunakan untuk menentukan keasaman suatu media. Ini kira-kira logaritma basa negatif 10 dari konsentrasi molar, diukur dalam satuan mol per liter ion hidrogen. Itu juga bisa disebut indikator keasaman lingkungan. Lebih tepatnya, ini adalah logaritma basa negatif 10 dari aktivitas ion hidrogen. Pada 25°C, larutan dengan pH kurang dari 7 bersifat asam, dan larutan dengan pH lebih besar dari 7 bersifat basa. Nilai pH netral bergantung pada suhu dan kurang dari 7 saat suhu naik. Air murni bersifat netral, pH=7 (pada 25°C), tidak bersifat asam maupun basa. Berlawanan dengan kepercayaan populer, nilai pH masing-masing bisa kurang dari 0 atau lebih besar dari 14 untuk asam dan basa yang sangat kuat.
Aplikasi
Pengukuran pH penting dalam agronomi, kedokteran, kimia, pengolahan air dan banyak bidang lainnya.
Skala pH relevan untuk satu set larutan standar, yang tingkat keasamannya ditetapkan oleh internasionalpersetujuan. Standar pH primer ditentukan menggunakan sel konsentrasi transfer dengan mengukur perbedaan potensial antara elektroda hidrogen dan elektroda standar seperti perak klorida. pH larutan berair dapat diukur dengan elektroda gelas dan pH meter atau indikator.
Pembukaan
Konsep pH pertama kali diperkenalkan oleh ahli kimia Denmark Søren Peter Laurits Sørensen di laboratorium Carlsberg pada tahun 1909 dan direvisi ke tingkat pH saat ini pada tahun 1924 untuk mengakomodasi definisi dan pengukuran dalam hal sel elektrokimia. Pada karya-karya awal, notasinya memiliki huruf H huruf kecil p, yang artinya: pH.
Asal usul nama
Arti yang tepat dari p masih diperdebatkan, tetapi menurut Yayasan Carlsberg, pH berarti "kekuatan hidrogen." Juga telah disarankan bahwa p adalah singkatan dari kata Jerman potenz ("kekuatan"), yang lain merujuk pada puisance Prancis (juga berarti "kekuatan", berdasarkan fakta bahwa laboratorium Carlsberg adalah bahasa Prancis). Saran lain adalah bahwa p mengacu pada istilah Latin pondus hydroii (jumlah hidrogen), potentio hydroii (kapasitas hidrogen), atau potensi hidroli (potensi hidrogen). Juga disarankan agar Sørensen menggunakan huruf p dan q (biasanya huruf konjugasi dalam matematika) hanya untuk menunjukkan solusi uji (p) dan solusi referensi (q). Saat ini, dalam kimia, p adalah singkatan dari logaritma desimal, dan juga digunakan dalam istilah pKa, digunakan untuk konstanta disosiasi keasaman suatu medium.
Kontribusi Amerika
Bacteriologist Alice Evans, yang dikenal karena pengaruh karyanya pada produk susu dan keamanan pangan, memuji William Mansfield Clark dan rekan-rekannya karena mengembangkan metode untuk mengukur pH pada tahun 1910-an, yang kemudian berdampak luas pada laboratorium dan industri menggunakan. Dalam memoarnya, dia tidak menyebutkan seberapa banyak atau sedikit yang diketahui Clarke dan rekan-rekannya tentang karya Sorensen di tahun-tahun sebelumnya. Saat itu para ilmuwan sedang giat mempelajari masalah keasaman/kebasaan lingkungan.
Pengaruh asam
Perhatian Dr. Clark diarahkan pada efek asam pada pertumbuhan bakteri. Dan berkat ini, ia melengkapi gagasan tentang ilmu indeks hidrogen keasaman lingkungan saat itu. Dia menemukan bahwa intensitas asam dalam hal konsentrasi ion hidrogen yang mempengaruhi pertumbuhannya. Tetapi metode yang ada untuk mengukur keasaman suatu media menentukan jumlahnya, bukan intensitas asamnya. Kemudian, bersama rekan-rekannya, Dr. Clark mengembangkan metode yang tepat untuk mengukur konsentrasi ion hidrogen. Metode ini telah menggantikan metode titrasi yang tidak tepat untuk penentuan asam di laboratorium biologi di seluruh dunia. Juga telah ditemukan bahwa mereka dapat digunakan di banyak industri dan proses lain di mana mereka banyak digunakan.
Aspek praktis
Metode pengukuran pH elektronik pertama ditemukan oleh Arnold Orville Beckman, seorang profesor di Institut Teknologi California, pada tahun 1934. Pada titik inilah petani jeruk lokalSunkist menginginkan metode yang lebih baik untuk menguji pH lemon dengan cepat yang mereka panen dari kebun terdekat. Pengaruh keasaman medium selalu diperhitungkan.
Misalnya, untuk larutan dengan aktivitas ion hidrogen 5 × 10–6 (pada tingkat ini, ini sebenarnya adalah jumlah mol ion hidrogen per liter larutan), kita mendapatkan 1 / (5 × 10-6)=2 × 105. Jadi, larutan tersebut memiliki pH 5,3. Diyakini bahwa massa satu mol air, satu mol ion hidrogen dan satu mol ion hidroksida berturut-turut adalah 18 g, 1 g dan 17 g, jumlah 107 mol (pH 7) murni air mengandung sekitar 1 g ion hidrogen terdisosiasi (atau, lebih tepatnya, 19 g ion H3O + hidronium) dan 17 g ion hidroksida.
Peran suhu
Perhatikan bahwa pH bergantung pada suhu. Misalnya, pada 0 °C pH air murni adalah 7,47, pada 25 °C adalah 7, dan pada 100 °C adalah 6,14.
Potensi elektroda sebanding dengan pH ketika pH didefinisikan dalam hal aktivitas. Pengukuran pH yang akurat disajikan dalam standar internasional ISO 31-8.
Sel galvanik dikonfigurasi untuk mengukur gaya gerak listrik (EMF) antara elektroda referensi dan elektroda penginderaan aktivitas ion hidrogen ketika keduanya direndam dalam larutan berair yang sama. Elektroda referensi dapat berupa benda perak klorida atau elektroda kalomel. Elektroda selektif ion hidrogen adalah standar untuk aplikasi ini.
Untuk mempraktekkan proses ini, elektroda kaca digunakan sebagai pengganti elektroda hidrogen yang besar. Diamemiliki elektroda referensi built-in. Ini juga dikalibrasi terhadap larutan buffer dengan aktivitas ion hidrogen yang diketahui. IUPAC menyarankan menggunakan satu set larutan buffer dengan aktivitas H+ yang diketahui. Dua atau lebih larutan penyangga digunakan untuk menjelaskan fakta bahwa kemiringan mungkin sedikit kurang dari ideal. Untuk menerapkan pendekatan kalibrasi ini, elektroda terlebih dahulu direndam dalam larutan standar dan pembacaan pH meter diatur ke nilai buffer standar.
Apa selanjutnya?
Pembacaan dari larutan buffer standar kedua kemudian dikoreksi menggunakan kontrol kemiringan agar sama dengan tingkat pH untuk larutan tersebut. Ketika lebih dari dua larutan buffer digunakan, elektroda dikalibrasi dengan menyesuaikan nilai pH yang diamati ke garis lurus terhadap nilai buffer standar. Larutan buffer standar komersial biasanya dilengkapi dengan informasi tentang nilai pada 25 °C dan faktor koreksi untuk diterapkan pada suhu lain.
Definisi karakteristik
Skala pH adalah logaritmik dan, oleh karena itu, pH adalah kuantitas tak berdimensi, sering digunakan, antara lain, untuk mengukur keasaman lingkungan internal sel. Ini adalah definisi asli Sorensen, yang diganti pada tahun 1909.
Namun, konsentrasi ion hidrogen dapat diukur secara langsung jika elektroda dikalibrasi dalam hal konsentrasi ion hidrogen. Salah satu cara untuk melakukan ini, yang telah banyak digunakan, adalah dengan mentitrasi larutan yang konsentrasinya diketahuiasam kuat dengan larutan yang konsentrasinya diketahui dari alkali kuat dengan adanya elektrolit pendukung dengan konsentrasi yang relatif tinggi. Karena konsentrasi asam dan basa diketahui, maka mudah untuk menghitung konsentrasi ion hidrogen sehingga potensial dapat dikaitkan dengan nilai terukur.
Indikator dapat digunakan untuk mengukur pH menggunakan fakta bahwa warnanya berubah. Perbandingan visual warna larutan uji dengan skala warna standar memungkinkan pH diukur dengan akurasi bilangan bulat. Pengukuran yang lebih akurat dimungkinkan jika warna diukur secara spektrofotometri menggunakan kolorimeter atau spektrofotometer. Indikator universal terdiri dari campuran indikator sehingga terjadi perubahan warna permanen dari sekitar pH 2 menjadi pH 10. Kertas indikator universal terbuat dari kertas penyerap yang telah diresapi dengan indikator universal. Metode lain untuk mengukur pH adalah dengan menggunakan pH meter elektronik.
Tingkat pengukuran
Mengukur pH di bawah sekitar 2,5 (sekitar 0,003 mol asam) dan di atas sekitar 10,5 (sekitar 0,0003 mol alkali) memerlukan prosedur khusus karena hukum Nernst dilanggar pada nilai tersebut saat menggunakan elektroda kaca. Berbagai faktor berkontribusi terhadap hal ini. Tidak dapat diasumsikan bahwa potensial transisi cairan tidak bergantung pada pH. Juga, pH ekstrim berarti bahwa larutan terkonsentrasi, sehingga potensial elektroda dipengaruhi oleh perubahan kekuatan ionik. Pada pH tinggi, elektroda kaca mungkintunduk pada kesalahan basa karena elektroda menjadi sensitif terhadap konsentrasi kation seperti Na+ dan K+ dalam larutan. Elektroda yang dirancang khusus tersedia untuk mengatasi sebagian masalah ini.
Limpasan dari tambang atau limbah tambang dapat mengakibatkan nilai pH yang sangat rendah.
Air murni bersifat netral. Hal ini tidak asam. Ketika asam larut dalam air, pH akan di bawah 7 (25 ° C). Ketika alkali dilarutkan dalam air, pH akan lebih besar dari 7. Larutan 1 mol asam kuat seperti asam klorida memiliki pH nol. Suatu larutan alkali kuat seperti natrium hidroksida pada konsentrasi 1 mol memiliki pH 14. Dengan demikian, nilai pH yang terukur umumnya akan berada pada kisaran 0 hingga 14, meskipun nilai dan nilai pH negatif di atas 14 sangat mungkin.
Banyak tergantung pada keasaman media larutan. Karena pH adalah skala logaritmik, perbedaan satu unit pH setara dengan sepuluh kali perbedaan konsentrasi ion hidrogen. Netralitas PH tidak cukup mencapai 7 (pada 25 °C), meskipun dalam banyak kasus ini adalah perkiraan yang baik. Netralitas didefinisikan sebagai kondisi di mana [H+]=[OH-]. Karena ionisasi diri air mempertahankan produk dari konsentrasi ini [H+] × [OH-]=Kw, dapat dilihat bahwa pada netralitas [H+]=[OH-]=Kw atau pH=pKw / 2.
PKw kira-kira 14, tetapi tergantung pada kekuatan ion dan suhu, jadi nilai pH medium juga penting, yang harus netr altingkat. Air murni dan larutan NaCl dalam air murni bersifat netral karena disosiasi air menghasilkan jumlah ion yang sama. Namun, pH larutan NaCl netral akan sedikit berbeda dengan pH air murni netral, karena aktivitas ion hidrogen dan hidroksida bergantung pada kekuatan ion, sehingga Kw bervariasi dengan kekuatan ion.
Tanaman
Pigmen tanaman yang dapat digunakan sebagai indikator pH ditemukan di banyak tanaman, termasuk kembang sepatu, kubis merah (antosianin), dan anggur merah. Jus jeruk bersifat asam karena mengandung asam sitrat. Asam karboksilat lainnya ditemukan di banyak sistem kehidupan. Misalnya, asam laktat diproduksi oleh aktivitas otot. Keadaan protonasi turunan fosfat, seperti ATP, tergantung pada keasaman media pH. Fungsi enzim transfer oksigen hemoglobin dipengaruhi oleh pH dalam proses yang dikenal sebagai efek akar.
Air laut
Dalam air laut, pH biasanya dibatasi antara 7,5 dan 8,4. Ini memainkan peran penting dalam siklus karbon di laut, dan ada bukti pengasaman laut yang sedang berlangsung yang disebabkan oleh emisi karbon dioksida. Namun, pengukuran pH rumit oleh sifat kimia air laut, dan ada beberapa skala pH yang berbeda dalam oseanografi kimia.
Solusi Khusus
Sebagai bagian dari definisi operasional skala keasaman (pH), IUPAC mendefinisikan serangkaian larutan buffer dalam kisaran pH (sering disebut sebagaiNBS atau NIST). Larutan ini memiliki kekuatan ion yang relatif rendah (≈0,1) dibandingkan dengan air laut (≈0,7) sehingga tidak direkomendasikan untuk digunakan dalam karakterisasi pH air laut karena perbedaan kekuatan ionik menyebabkan perubahan potensial elektroda. Untuk mengatasi masalah ini, telah dikembangkan rangkaian alternatif buffer berbasis air laut buatan.
Seri baru ini memecahkan masalah perbedaan kekuatan ionik antara sampel dan buffer, dan skala pH baru untuk keasaman sedang disebut skala umum, sering disebut sebagai pH. Skala keseluruhan ditentukan dengan menggunakan media yang mengandung ion sulfat. Ion-ion ini mengalami protonasi, H+ + SO2-4 HSO-4, sehingga skala totalnya meliputi pengaruh proton (ion hidrogen bebas) dan ion hidrogen sulfida:
[H+] T=[H+] F + [HSO-4].
Skala bebas alternatif, sering disebut sebagai pHF, mengabaikan pertimbangan ini dan hanya berfokus pada [H+]F, sehingga pada prinsipnya merupakan representasi yang lebih sederhana dari konsentrasi ion hidrogen. Hanya [H+] T yang dapat ditentukan, maka [H+] F harus diestimasi menggunakan [SO2-4] dan konstanta stabilitas HSO-4, KS:
[H +] F=[H+] T - [HSO-4]=[H+] T (1 + [SO2-4] / K S) -1.
Namun, sulit untuk memperkirakan KS dalam air laut, membatasi kegunaan skala bebas yang lebih sederhana.
Skala lain, yang dikenal sebagai skala air laut, sering disebut sebagai pHSWS, memperhitungkan ikatan proton lebih lanjut antara ion hidrogen dan ion fluorida, H+ + F-HF. Hasilnya adalah ekspresi berikut untuk [H+] SWS:
[H+] SWS=[H+] F + [HSO-4] + [HF]
Namun, manfaat mempertimbangkan kerumitan tambahan ini tergantung pada kandungan fluor dalam medium. Misalnya, dalam air laut, ion sulfat ditemukan dalam konsentrasi yang jauh lebih tinggi (> 400 kali) daripada konsentrasi fluor. Akibatnya, untuk sebagian besar tujuan praktis, perbedaan antara skala umum dan skala air laut sangat kecil.
Tiga persamaan berikut merangkum tiga skala pH:
pHF=- log [H+] FpHT=- log ([H+] F + [HSO-4])=- log [H+] TpHSWS=- log ([H+] F + [HSO-4] + [HF])=- log [H+]
Dari sudut pandang praktis, ketiga skala pH lingkungan asam (atau air laut) berbeda nilainya hingga 0,12 unit pH, dan perbedaannya jauh lebih besar daripada yang biasanya diperlukan untuk akurasi Pengukuran pH, khususnya dalam kaitannya dengan sistem karbonat laut.
