23  Logaritma untuk Kimia

Kamu tidak perlu jago matematika — cukup paham empat hal tentang log untuk soal pH.

23.1 Apa arti log?

\(\log x\) menjawab: “10 dipangkatkan berapa untuk dapat \(x\)?” \[ \log 100 = 2 \quad (\text{karena } 10^2 = 100) \qquad \log 1000 = 3 \qquad \log 1 = 0 \]

23.2 Empat aturan yang dipakai di kimia

  1. pH dari \([\ce{H+}]\): \[ \mathrm{pH} = -\log[\ce{H+}] \]
  2. Balik: \([\ce{H+}]\) dari pH: \[ [\ce{H+}] = 10^{-\mathrm{pH}} \]
  3. Log perkalian jadi penjumlahan: \(\log(ab) = \log a + \log b\)
  4. Log pangkat: \(\log(10^{-5}) = -5\)

23.3 Contoh

\([\ce{H+}] = 10^{-3}\) M, berapa pH? \[ \mathrm{pH} = -\log(10^{-3}) = 3 \]

pH = 4,12, berapa \([\ce{H+}]\)? \[ [\ce{H+}] = 10^{-4{,}12} = 7{,}6\times10^{-5}\ \text{M} \]

Angka non-bulat? \(10^{-4{,}12} = 10^{-5}\times10^{0{,}88}\). Karena \(10^{0{,}88}\approx7{,}6\), hasilnya \(7{,}6\times10^{-5}\). (Pakai kalkulator saat latihan; saat ujian, perkiraan kasar sering cukup untuk eliminasi.)

23.4 Tabel cepat \(10^{x}\) (untuk perkiraan)

\(x\) \(10^x\)
0,1 1,26
0,3 2,0
0,5 3,16
0,7 5,0
0,9 7,9

23.5 Mengapa penting

Semua soal pH/pOH, \(K_a\), buffer, dan Nernst memakai log: Soal 6–10, Soal 49.

23.6 Menghitung \(\mathrm{p}K\) dari angka seperti \(5{,}6\times10^{-11}\)

Soal buffer sering minta \(\mathrm{p}K_a = -\log K_a\) padahal \(K_a\) bukan pangkat bulat dari 10. Triknya pakai aturan log perkalian: \[ -\log(a\times10^{-n}) = n - \log a \]

Contoh (\(K_{a2}\) asam karbonat). \(K_{a2}=5{,}6\times10^{-11}\), cari \(\mathrm{p}K_{a2}\): \[ \mathrm{p}K_{a2} = -\log(5{,}6\times10^{-11}) = 11 - \log 5{,}6 = 11 - 0{,}75 = 10{,}25 \]

Kuncinya cuma tahu \(\log 5{,}6 \approx 0{,}75\). Cara cepat: \(\log 5 \approx 0{,}70\) dan \(\log 6 \approx 0{,}78\), jadi \(\log 5{,}6\) ada di antaranya \(\approx 0{,}75\).

Tabel \(\log a\) yang sering muncul (untuk perkiraan ujian):

\(a\) \(\log a\)
1,0 0,00
1,8 0,26
2,0 0,30
3,0 0,48
5,0 0,70
5,6 0,75
7,0 0,85

23.7 Logaritma natural (\(\ln\)) untuk laju reaksi

Soal kinetika (reaksi orde 1) dan Arrhenius tidak pakai \(\log\) basis-10, tapi logaritma natural \(\ln\) (basis \(e \approx 2{,}718\)). Bentuk yang muncul selalu rasio dua angka: \(\ln\dfrac{A}{B}\).

Yang perlu kamu tahu:

  1. \(\ln 1 = 0\), dan \(\ln e = 1\).
  2. Rasio: \(\ln\dfrac{A}{B} = \ln A - \ln B\) (log pembagian jadi pengurangan).
  3. Balik (anti-ln): kalau \(\ln x = y\), maka \(x = e^{y}\).
  4. Hubungan ke log biasa: \(\ln x = 2{,}303\times\log x\) (kalau kalkulatormu cuma punya tombol \(\log\)).

Contoh (orde 1, cari \(k\)). Konsentrasi turun dari \(0{,}500\) jadi \(0{,}435\) dalam \(t=1000\) s. Rumus orde satu: \(\ln\dfrac{[A]_0}{[A]_t}=k\,t\). \[ k = \frac{1}{1000}\ln\frac{0{,}500}{0{,}435} = \frac{\ln 1{,}1494}{1000} = \frac{0{,}139}{1000} = 1{,}39\times10^{-4}\ \text{s}^{-1} \]

Di sini \(\ln 1{,}1494 \approx 0{,}139\). Untuk angka dekat 1, ada perkiraan kasar: \(\ln(1+x)\approx x\) untuk \(x\) kecil (di sini \(x=0{,}15\) memberi \(\approx 0{,}14\), cocok).

Contoh (Arrhenius, bentuk dua suhu). Kalau diketahui laju naik \(\dfrac{k_2}{k_1}=10\), kamu butuh \(\ln 10 = 2{,}303\). Beberapa nilai \(\ln\) yang sering dipakai:

rasio \(\ln\)
2 0,69
4 1,39
10 2,30

Catatan: \(\ln 4 = 2\ln 2 = 2(0{,}69)=1{,}39\), dan \(\ln 10 = \ln 2 + \ln 5 \approx 0{,}69 + 1{,}61 = 2{,}30\).

Tip✅ Cek kesiapan
  1. \([\ce{H+}] = 10^{-2}\), pH? (2)
  2. pH = 5, \([\ce{H+}]\)? (\(10^{-5}\) M)
  3. pH = 10, pOH? (4, karena pH+pOH=14)