Tetapan Hasil Kali Ion Air, Kw

Halaman ini menjelaskan apa yang dimaksud dengan tetapan hasil kali ion air. Penjelasan tersebut meninjau pada sisi bagaimana tetapan ion bervariasi terhadap temperatur, dan bagaimana cara menentukan pH air murni pada temperatur yang berbeda.

K_w dan pK_w

Pentingnya kesetimbangan dalam air
Molekul air dapat berfungsi sebagai asam ataupun basa. Salah satu molekul air (berperilaku sebagai basa) dapat menerima ion hidrogen dari yang lainnya (berperilaku sebagai asam). Hal ini akan terjadi dimana saja pada air – air menjadi tidak murni.
Terbentuk ion hidroksonium dan ion hidroksida.

Akan tetapi, ion hidroksonium merupakan asam yang sangat kuat, dan ion hidroksida adalah basa yang sangat kuat. Secepat mereka terbentuk, secepat itu pula mereka bereaksi untuk menghasilkan air kembali.
Akibat yang menguntungkan adalah dapat disusun suatu bentuk kesetimbangan.

Setiap saat, terdapat sejumlah kecil ion hidroksonium dan ion hidroksida yang luar biasa. Pada bagian bawah halaman ini selanjutnya, kita dapat menghitung konsentrasi ion hidroksonium yang ada dalam air murni. Hasil perhitungan menghasilkan konsentrasi 1.00 x 10^-7 mol dm^-3 pada temperatur kamar.
Kamu dapat menemukan kesetimbangan ini dituliskan dalam bentuk yang disederhanakan:

Hal ini baik untuk mengingatkan anda bahwa H⁺_(aq) ebenarnya mengacu pada ion hidroksonium.
Pendefinisian tetapan hasil kali ion air, K_w
K_w pada dasarnya hanya tetapan untuk reaksi yang telah ditunjukan di atas. Kamu mendapatkannya dalam dua bentuk:
Berdasarkan pada kesetimbangan yang ditulis penuh . . .

. . . atau kesetimbangan yang disederhanakan:

Kamu dapat menemukan keduanya dengan atau tanpa simbol yang menunjukkan keadaan. Apapun versi yang anda ikuti, keduanya memiliki arti yang sama!
Kamu barangkali heran kenapa air tidak dituliskan pada bagian bawah ungkapan tetapan kesetimbangan tersebut. Terlalu sedikitnya jumlah air yang terionisasi pada setiap saat, maka konsentrasi air sisanya dianggap tidak berubah – tetap. K_w didefinisikan untuk menghindari pembuatan ungkapan rumit yang tidak berguna melalui pencantuman tetapan yang lain pada ungkapan tersebut.
Harga K_w
Seperti halnya tetapan kesetimbangan yang lainnya, harga K_w ervariasi menurut temperatur. Harga K_w selalu 1.00 x 10^-14 mol² dm^-6 pada temperatur ruangan. Pada faktanya, harga Kw ini sedikit lebih kecil dibandingkan pada 25°C.

---

Satuan K_w:  K_w ditemukan melalui pengkalian dua konsentrasi secara bersamaan. Keduanya memiliki satuan mol dm^-3.Perkalian mol dm^-3 x mol dm^-3 memberikan anda suatu satuan seperti yang dituliskan di atas.

---

pK_w
Hubungan antara K_w dan pK_w sama persis seperti hubungan antara K_a dan pK_a, atau [H⁺] dan pH.

Harga K_w 1.00 x 10^-14 mol² dm^-6 pada temperatur ruangan memberikan harga pK_w 14. Cobalah penghitungan tersebut dalam kalkulator anda! Dengan catatan pK_w tidak memiliki satuan.

pH air murni

Mengapa air murni memiliki pH 7?
Pertanyaan tersebut benar-benar menyesatkan! Pada faktanya, air murni hanya memiliki pH sama dengan 7 pada temperatur tertentu – temperatur yang memberikan harga K_w sebesar 1.00 x 10^-14 mol² dm^-6.
Berikut ini ditunjukkan asal muasal hal tersebut terjadi:
Untuk menentukan harga pH, yang anda perlukan untuk pertama kalinya adalah menemukan konsentrasi ion hidrogen (atau konsentrasi ion hidroksonium – hal ini sama saja). Kemudian mengubahnya menjadi pH.
Dalam air murni pada temperatur ruangan harga K_w menunjukkan pada anda bahwa:
[H⁺] [OH^-] = 1.00 x 10^-14
Akan tetapi pada air murni, konsentrasi ion hidrogen (ion hidroksonium) harus sebanding dengan konsentrasi ion hidroksida. Untuk setiap pembentukan ion hidrogen, juga terjadi pembentukan ion hidroksida sama halnya seperti pembentukan ion hidrogen.
Hal itu berarti bahwa anda dapat menggantikan [OH^-] pada ungkapan K_w dengan [H⁺].
[H⁺]² = 1.00 x 10^-14
Dengan mengakarkan harga di atas maka dihasilkan:
[H⁺] = 1.00 x 10^-7 mol dm^-3
Ubah harga [H⁺] ke bentuk pH:
pH = – log₁₀ [H⁺]
pH = 7
Itulah awal dari harga pH 7.
Variasi pH air murni pada berbagai temperatur
Pembentukan ion hidrogen (ion hidroksonium) dan ion hidroksida dari air merupakan proses endoterm. Dengan menggunakan versi kesetimbangan yang lebih sederhana:

Reaksi sebaliknya menyerap kalor.
Menurut Prinsip Le Chatelier, jika anda melakukan perubahan pada kondisi reaksi kesetimbangan dinamis, posisi kesetimbangan bergerak melawan perubahan yang anda lakukan.
Menurut Le Chatelier, jika anda menaikkan temperatur air, kesetimbangan akan bergeser lagi ke arah temperatur yang lebih rendah. Hal ini akan terjadi melalui penyerapan kelebihan kalor.
Hal ini berarti bahwa reaksi ke depan akan lebih disukai, dan akan terbentuk lebih banyak ion hidrogen dan ion hidroksida. Akibatnya harga K_w meningkat seiring dengan peningkatan temperatur.
Tabel di bawah ini menunjukkan pengaruh temperatur pada harga K_w. Untuk setiap harga K_w, harga pH yang baru dihitung dengan menggunakan metode yang sama seperti yag terdapat di atas. Hal ini akan berguna jika anda mengecek sendiri harga pH tersebut.

T (°C)	Kw (mol2 dm-6)	pH
0	0.114 x 10-14	7.47
10	0.293 x 10-14	7.27
20	0.681 x 10-14	7.08
25	1.008 x 10-14	7.00
30	1.471 x 10-14	6.92
40	2.916 x 10-14	6.77
50	5.476 x 10-14	6.63
100	51.3 x 10-14	6.14

anda dapat melihat bahwa harga pH air murni menurun seiring dengan kenaikan temperatur.
Peringatan!
Jika harga pH menurun seiring dengan kenaikan temperatur, apakah hal ini berarti bahwa air menjadi lebih asam pada temperatur yang lebih tinggi? TIDAK!
Larutan akan bersifat asam jika kelebihan ion hidrogen dibandingkan ion hidroksida. Pada kasus air murni, keduanya selalu memiliki jumlah yang sama antara ion hidrogen dan ion hidroksida. Hal ini berarti bahwa air tetap netral – kecuali jika pH-nya berubah.
Masalahnya adalah kita sudah sangat akrab dengan pH 7 air murni, yang lainnya terasa sedikit aneh. Harus di ingat bahwa anda menghitung harga pH netral dari K_w. Jika pH berubah, maka harga pH netral juga berubah secara beriringan.
Pada temperatur 100°C, pH air murni adalah 6.14. Harga tersebut merupakan titik netral pada temperatur tinggi. Larutan dengan pH 7 pada temperatur ini sedikit bersifat basa karena memiliki harga pH sedikit lebih tinggi daripada harga netral 6.14.
Hal yang sama, anda dapat membantah bahwa larutan dengan pH 7 pada 0°C adalah sedikit asam, karena harga pH-nya sedikit lebih rendah dibandingkan harga netral 7.47 pada temperatur tersebut.