Skala pH

Halaman ini meliputi satu standard kandungan Tingkatan 4 sahaja: skala pH. Ia dibina terus daripada standard sebelumnya, di mana anda belajar bahawa sifat berasid datang daripada ion hidrogen, H⁺, dan sifat beralkali daripada ion hidroksida, OH⁻. Skala pH menukar kepekatan ion hidrogen itu menjadi satu nombor yang mudah, supaya anda boleh membandingkan larutan sekali pandang dan menjawab soalan pengiraan yang ditetapkan peperiksaan.

Apa yang diukur skala pH

Skala pH ialah skala berangka, biasanya dari 0 hingga 14, yang mengukur darjah keasidan atau kealkalian sesuatu larutan akueus. Ia mencerminkan kepekatan ion hidrogen, [H⁺], dalam larutan.

• pH kurang daripada 7, berasid. Semakin kecil pH, semakin berasid larutan dan semakin tinggi [H⁺]-nya.
• pH sama dengan 7, neutral. Air tulen neutral; [H⁺] sama dengan [OH⁻].
• pH lebih daripada 7, beralkali. Semakin besar pH, semakin beralkali larutan dan semakin tinggi [OH⁻]-nya.

Perubahan satu unit pada skala pH sepadan dengan perubahan sepuluh kali ganda dalam [H⁺], kerana skala ini logaritma. Jadi larutan pH 2 mempunyai kepekatan ion hidrogen sepuluh kali ganda larutan pH 3, dan seratus kali ganda pH 4.

Hubungan yang mentakrifkan

Formula yang menghubungkan pH dengan kepekatan ion hidrogen ialah:

pH = −log₁₀[H⁺]

di mana [H⁺] ialah kepekatan ion hidrogen dalam mol dm⁻³. Anda boleh menyusunnya semula untuk mencari kepekatan daripada pH:

[H⁺] = 10⁻ᵖᴴ mol dm⁻³

Kedua-dua bentuk ini sahaja yang anda perlukan untuk pengiraan Tingkatan 4. Membaca [H⁺] terus daripada kuasa sepuluh ialah jalan terpantas: jika [H⁺] = 1 × 10⁻³ mol dm⁻³, pH-nya cuma 3.

Mengukur pH: penunjuk

pH dianggarkan di makmal dengan penunjuk universal (yang menunjukkan julat warna dipetakan kepada carta pH) atau dibaca dengan tepat dengan meter pH. Penunjuk tunggal seperti litmus, jingga metil atau fenolftalein hanya memberitahu anda sama ada larutan berasid atau beralkali, bukan pH tepat; penunjuk universal dan meter pH memberi nilainya. Mengetahui alat yang memberi nilai dan alat yang memberi arah sahaja ialah markah jawapan pendek yang lazim.

Kekuatan lawan kepekatan

Skala pH mendedahkan perbezaan yang pelajar sering kaburkan. Kekuatan ialah darjah pengionan; kepekatan ialah berapa banyak asid dilarutkan per unit isi padu.

• Asid kuat (cth. asid hidroklorik) mengion sepenuhnya, jadi pada kepekatan tertentu ia mempunyai [H⁺] tertinggi dan oleh itu pH terendah.
• Asid lemah (cth. asid etanoik) mengion hanya sebahagian pada kepekatan yang sama, jadi ia mempunyai [H⁺] lebih rendah dan pH lebih tinggi.
• Mencairkan mana-mana asid dengan air menurunkan [H⁺], jadi pH naik ke arah 7 (ia tidak pernah melepasi 7 hanya dengan pencairan).

Memahami ini mengelakkan jawapan salah klasik bahawa asid lemah pekat mesti mempunyai pH lebih rendah daripada asid kuat cair.

Contoh penyelesaian

Soalan. Larutan asid hidroklorik mempunyai kepekatan ion hidrogen [H⁺] = 1 × 10⁻² mol dm⁻³. (a) Kira pH-nya. (b) Larutan itu kemudian dicairkan dengan air sehingga [H⁺] = 1 × 10⁻⁴ mol dm⁻³. Nyatakan pH baharu dan terangkan perubahan itu.

Langkah 1, Guna formula untuk bahagian (a). pH = −log₁₀[H⁺] = −log₁₀(1 × 10⁻²) = −(−2) = 2.

Langkah 2, Guna lagi untuk larutan cair. pH = −log₁₀(1 × 10⁻⁴) = −(−4) = 4.

Langkah 3, Terangkan perubahan. Menambah air menurunkan kepekatan ion hidrogen (dari 10⁻² ke 10⁻⁴ mol dm⁻³), jadi pH naik dari 2 ke 4, menghampiri neutral.

Jawapan. (a) pH-nya ialah 2. (b) Selepas pencairan pH ialah 4; pH meningkat kerana pencairan mengurangkan [H⁺] sebanyak faktor 100, iaitu dua unit pH.

Soalan latihan

Soalan. Larutan natrium hidroksida mempunyai pH 13. Satu larutan lain, asid etanoik, mempunyai pH 4. (a) Nyatakan yang mana berasid dan yang mana beralkali. (b) Kira [H⁺] bagi larutan asid etanoik. (c) Jika asid etanoik digantikan dengan asid hidroklorik pada kepekatan yang sama, adakah anda menjangka pH-nya lebih tinggi, lebih rendah, atau sama? Terangkan.

Jawapan. (a) Larutan natrium hidroksida (pH 13) beralkali; larutan asid etanoik (pH 4) berasid. (b) [H⁺] = 10⁻ᵖᴴ = 10⁻⁴ = 1 × 10⁻⁴ mol dm⁻³. (c) Lebih rendah. Asid hidroklorik ialah asid kuat dan mengion sepenuhnya, jadi pada kepekatan yang sama ia menghasilkan [H⁺] lebih tinggi daripada asid etanoik yang lemah, memberi pH lebih rendah.

Petua peperiksaan

Untuk pengiraan pH, baca kuasa sepuluh: jika [H⁺] = 1 × 10⁻ⁿ, maka pH = n, dan jika diberi pH, maka [H⁺] = 10⁻ᵖᴴ. Sentiasa lekatkan unit mol dm⁻³ pada kepekatan. Apabila soalan membandingkan dua larutan, tentukan dahulu sama ada ia menguji arah (berasid/beralkali) atau magnitud ([H⁺] dan kekuatan). Dan jangan sekali-kali kata mencairkan asid menjadikannya beralkali, pencairan hanya menggerakkan pH ke arah 7, tidak pernah melepasinya.

Membaca soalan pH dengan baik

Banyak soalan pH menerangkan situasi harian, air hujan, tanah, minuman ringan, cecair perut, dan meminta anda meletakkannya pada skala atau menyatakan apa yang berlaku jika ia dicairkan atau dineutralkan. Dekati ini dalam dua langkah. Pertama, terjemahkan penerangan itu kepada kedudukan pada skala: bawah 7, pada 7, atau atas 7. Kedua, guna idea logaritma untuk menaakul saiz: setiap langkah satu unit pH ialah faktor sepuluh dalam [H⁺]. Fakta tunggal itu menjawab banyak item Kertas 1 secara mengejutkan, contohnya menyusun tiga larutan mengikut keasidan atau mengira bagaimana [H⁺] berubah apabila pH beralih dua unit.

Kegemaran lain ialah perbandingan kekuatan lawan kepekatan. Jika dua asid berkongsi kepekatan yang sama tetapi mempunyai nilai pH berbeza, yang mempunyai pH lebih rendah ialah asid lebih kuat kerana ia telah mengion lebih penuh. Jika asid yang sama dibandingkan pada dua kepekatan, sampel lebih pekat mempunyai pH lebih rendah. Mengekalkan dua pemboleh ubah ini, kekuatan dan kepekatan, berasingan dalam fikiran anda ialah tepatnya disiplin yang direka standard pH untuk menghargai.

Kedudukan dalam bab

Ini standard kandungan 6.2 bab Asid, Bes dan Garam. Ia menyusul terus daripada sifat asid dan bes dan membawa kepada kepekatan, kemolaran dan peneutralan, di mana idea [H⁺] yang sama digunakan secara kuantitatif. Kukuhkannya dengan nota ulang kaji bab dan latih pengiraan dalam contoh penyelesaian. Dalam kelas 1-ke-1 Kimia SPM dalam talian kami, diajar dalam bahasa Inggeris, dari RM50/jam, guru kami menjadikan perbezaan kekuatan lawan kepekatan konkrit dengan contoh bersebelahan, kerana ia salah tanggapan paling lazim dalam standard ini.

Ringkasan pantas

• Skala pH 0–14: bawah 7 berasid, 7 neutral, atas 7 beralkali.
• pH = −log₁₀[H⁺] dan [H⁺] = 10⁻ᵖᴴ mol dm⁻³.
• Satu unit pH = perubahan sepuluh kali ganda dalam [H⁺] (skala logaritma).
• Kekuatan = darjah pengionan; kepekatan = amaun per isi padu; pencairan menaikkan pH ke arah 7.