Pengaruh Temperatur terhadap pH
Penyebab paling umum dari kesalahan dalam pengukuran pH adalah suhu. Saat suhu naik, getaran molekul meningkat yang menghasilkan kemampuan air untuk mengionisasi dan membentuk lebih banyak ion hidrogen ( H+). Semakin banyak ion H+ yang terkandung dalam larutan maka semakin asam sifat larutan tersebut yang dapat mempengaruhi nilai pH yang terbaca karena adanya perubahan suhu. Dengan demikian, pH menurun pada peningkatan suhu. Untuk lebih jelas mengenai pengaruh temperatur terhadap pH, akan dibahas pada artikel ini.
Ada sebuah prinsip Le Chatelier yang menjelaskan bagaimana faktor-faktor seperti suhu mempengaruhi larutan kimia dalam kesetimbangan. Prinsipnya mengatakan bahwa perubahan suhu, tekanan, volume, atau konsentrasi sistem yang bereaksi pada kesetimbangan memungkinkan sistem mengubah keadaannya untuk meniadakan efek stres. Hal tersebut dicapai dengan pergeseran keadaan ekuilibrium karena mengalami serangkaian perubahan yang berlawanan. Untuk menetralkan variasi suhu tersebut maka reaksi eksotermik atau endotermik terjadi dan membalikkan perubahan yang dipengaruhi oleh stres.
Seperti disebutkan dalam pernyataan diatas, suhu dapat mempengaruhi keadaan kesetimbangan suatu sistem dan mempengaruhi pH suatu larutan. Misalnya, jika perubahan suhu diterapkan pada air, kenaikan suhu akan menyebabkan kesetimbangan menurunkan suhu dan itu akan terjadi dengan penyerapan panas tambahan sehingga menghasilkan pembentukan ion hidrogen dan ion hidroksida yang menurunkan pH air. Disosiasi air menjadi ion hidrogen dan hidroksida terjadi seperti yang direaksikan pada persamaan reaksi berikut:
H2O (l) = H+ (aq) + OH- (aq)
Pengaruh suhu terhadap pH larutan
Suhu mempengaruhi pembacaan pH terutama dalam dua cara:
1. Dengan memengaruhi meter pH atau elektroda pH
Efek utama suhu pada nilai pH larutan berair menyebabkan kesalahan dalam pembacaan dan pengukuran pH. Hal ini terjadi karena adanya perubahan respon elektroda terhadap pH yang terjadi sebagai akibat dari variasi temperatur. Hal tersebut adalah kesalahan yang dapat diprediksi dan dapat dikoreksi menggunakan pH meter dengan kompensasi suhu. Kesalahan dari perubahan respons atau sensitivitas elektroda sehubungan dengan perubahan suhu dapat diperbaiki dengan menggunakan meter atau controller pH.
2. Dengan memengaruhi larutan sampel
Ketika larutan yang akan diuji nilai pH dipanaskan, aktivitas ion hidrogen meningkat dan bergerak lebih cepat. Tegangan meningkat dengan meningkatnya pergerakan ion. Ketika suhu larutan diturunkan, aktivitas ion hidrogen menurun, dan pergerakannya menjadi lambat. Hal ini mengakibatkan penurunan tegangan. Potensi yang diukur memberikan nilai pH baru pada pH meter. Variasi suhu yang terjadi pada larutan sampel merupakan akibat dari aktivitas kimia sehingga suhu perlu dipantau menggunakan sistem Automatic Temperature Compensation ( ATC ).
Ternyata tidak hanya pH larutan yang bisa berubah karena efek suhu, namun suhu juga bisa memengaruhi elektroda pH. Berikut adalah efek suhu pada elektroda yang dikategorikan menjadi tiga jenis utama.
• Efek terhadap Kemiringan Elektroda
Kemiringan (slope) elektroda akan berubah dengan variasi suhu. Perilaku elektroda dengan perubahan suhu ini dapat dipantau menggunakan sistem ATC agar hubungan antara respon elektroda dan variasi temperatur tetap konstan.
• Efek terhadap Titik Isotermal
Penyimpangan pengukuran dapat terjadi ketika elemen internal pH dan elektroda referensi mencapai kesetimbangan isotermal setelah perubahan suhu. Hal ini dapat dihindari dengan melakukan kalibrasi dan pengukuran sampel pada suhu yang sama.
• Efek terhadap Waktu Respon Elektroda
Ketika elektroda pH dan probe suhu ditempatkan ke dalam sampel yang suhunya bervariasi secara signifikan, pengukuran dapat menyimpang karena respons suhu elektroda pH dan probe suhu mungkin tidak sama, dan sampel mungkin tidak memiliki suhu yang seragam, sehingga elektroda pH dan probe suhu merespons lingkungan yang berbeda. Dengan demikian, beberapa elektroda menyebutkan tingkat suhu operasi minimum dan maksimum untuk hasil nilai pH yang tepat.
Gambar 1. Efek suhu terhadap respon elektroda
Cara menghilangkan kesalahan terkait suhu dalam pembacaan pH
Kesalahan pembacaan pH akibat perubahan suhu dapat diminimalkan atau dihilangkan dengan menggunakan pengontrol/meter pH. Agar pembacaan pH akurat, kalibrasi (memeriksa apakah elektroda pH menentukan pH dengan benar menggunakan voltase atau potensial) dilakukan dengan hati-hati. Elektroda pH dikalibrasi dengan memasukkannya ke dalam larutan buffer (larutan dengan pH yang diketahui) dan disesuaikan dengan larutan buffer. Faktor suhu yang berfungsi sebagai penghalang saat memperoleh pembacaan yang akurat dihilangkan dengan menggunakan pengukur pH yang memiliki termometer bawaan dengan kompensasi suhu otomatis/ Automatic Temperature Compensation ( ATC ).
Meter pH dengan sistem ATC ini bekerja dengan mengoreksi nilai pH yang berubah karena fluktuasi suhu. Sistem ATC dirancang untuk memperhitungkan perubahan yang terjadi pada elektroda dimana meter akan menghitung kemiringan elektroda berdasarkan suhu buffer pH yang diukur dan akan secara otomatis menyesuaikan nilai buffer pH dengan pH buffer sebenarnya pada suhu terukur.
• elektroda pH dengan kompensasi suhu otomatis:
Elektroda pH ini dibuat dengan sensor suhu yang ditempatkan di bagian atas elektroda yang terhubung dengan pH meter. Baik sensor maupun meter bekerja secara bersamaan untuk menyesuaikan pembacaan dan menghindari kesalahan yang terjadi akibat variasi suhu dan sensitivitas elektroda. Elektroda pH harus dikalibrasi dengan buffer yang memiliki nilai pH yang diketahui pada temperatur yang berbeda. Jika elektroda dihubungkan dengan pH meter tanpa ATC yang tidak dapat mengoreksi nilai pH sampel ke suhu referensi, maka kalibrasi dan pengukuran harus dilakukan pada suhu yang sama dan nilai pH sampel harus dicatat dengan suhu sampel.
• Meter pH dengan kompensasi suhu manual:
Dalam hal ini, teknisi laboratorium harus memasukkan suhu larutan secara manual ke dalam pengontrol pH. Meter secara otomatis mengoreksi pembacaan pH untuk variasi sensitivitas elektroda.
Gambar 2. Contoh (i) pH meter benchtop dengan sistem ATC; (ii) pH meter portable dengan sistem ATC; (iii) elektroda ATC
Dampak suhu terhadap pH sampel yang berbeda
Ada hubungan yang pasti antara suhu dan pH untuk setiap sampel. Ini disebut koefisien suhu yang bervariasi untuk sampel yang berbeda. Misalnya, sampel yang diuji pada suhu 30°C mungkin memiliki pH 14, dan sampel yang sama ketika diuji setelah dipanaskan pada suhu 80°C mungkin menunjukkan sedikit perubahan pada nilainya. Pengaruh variasi suhu relatif lebih tinggi pada larutan alkali atau basa dibandingkan larutan asam. Pada suhu tinggi, kesetimbangan kimia bergeser ke arah endoterm, dan pada suhu rendah kesetimbangan bergeser ke arah eksoterm. Dengan kata lain, ketika suhu naik, reaksi menyerap lebih banyak panas dan ketika suhu turun, reaksi menghasilkan lebih banyak panas.
Pengaruh peningkatan suhu terhadap air murni
Penurunan nilai pH air murni tidak membuatnya menjadi asam karena dalam air murni konsentrasi ion hidrogen (H+) dan hidroksida (OH-) tetap konstan. Ada peningkatan yang sama dalam ion OH- dengan ion H+ yang menyeimbangkan sifat keseluruhan air. Hal tersebut mempertahankan pH netral air terlepas dari perubahan tingkat pH. pH air pada suhu kamar adalah 7 dan ketika terkena suhu tinggi 100°C, pH turun menjadi 6,14 yang netral tetapi sedikit lebih rendah dari 7. Air terdiri dari ion hidroksida (OH-) dan ion hidronium (H3O+) yang pH-nya dilambangkan sebagai -log[H3O+]. Dengan perubahan suhu, kesetimbangan kimiawi air juga akan berubah. Namun, konsentrasi H3O+ dan OH- dalam air tetap sama. Air mengalami autoionisasi dan bersifat amfoter (berperilaku sebagai asam atau basa).
Jadi, dalam kategori air murni meskipun suhu berubah namun konsentrasi ion hidrogen dan hidroksida tetap konstan. Untuk larutan bukan air murni, suhu memengaruhi pH sampel dalam dua cara, baik dengan memengaruhi elektroda atau dengan mengubah sifat sampel. Sebagian besar efek ini dapat dihilangkan menggunakan pH meter dengan sistem ATC bawaan. Namun, tidak semua sistem ATC dapat diandalkan saat bekerja dengan sampel varian suhu sehingga elektroda pH yang cocok untuk suhu tertentu dari sampel harus digunakan.
Referensi: