LARUTAN PENYANGGA

A.    Pengertian larutan penyangga

Penambahan 0,1 ml larutan HCl 1 M ke dalam satu liter air suling mengubah pH-nya dari 7 menjadi 4.Bila HCl yang sama banyaknya ditambahkan ke dalam satu liter air laut,perubahan pH-nya jauh lebih kecil, yaitu dari 8,2 menjadi 7,6.Larutan seperti air laut, yaitu larutan yang dapat mempertahankan nilai pH tertentu, disebut larutan penyangga atau larutan buffer atau dapar.

B.     Komponen dan cara kerja larutan penyangga

1.      Komponen larutan penyangga

Larutan penyangga dapat dibedakan atas larutan penyangga asam dan larutan penyangga basa.Larutan penyangga asam mempertahankan pH pada daerah asam (pH < 7),sedangkan larutan penyangga basa mempertahankan pH pada daerah basa (pH > 7)

a.       Larutan penyangga asam

Larutan penyangga asam mengandung suatu asam lemah (HA) dan basa konjugasinya (A^-).Larutan seperti dapat dibuat dengan berbagai cara misalnya

1)      Mencampurkan asam lemah (HA) dengan garamnya (LA,garam LA menghasilkan ion A^- yang merupakan basa konjugasi dari asam HA)

Contoh :

·         CH₃COOH + NaCH₃COO (komponen buffernya CH₃COOH dan CH₃COO^- )

·         H₂CO₃ + NaHCO₃ ( komponen buffernya H₂CO₃ dan HCO₃^- )

·         NaH₂PO₄ + Na₂HPO₄ ( komponen buffernya H₂PO₄^- dan HPO₄^2- )

2)      Mencampurkan suatu asam lemah dengan suatu basa kuat dimana asam lemah dicampurkan dalam jumlah berlebih.Campuran akan menghasilkan garam yang mengandung basa konjugasi dari asam lemah yang bersangkutan.

Contoh :

·         100 ml CH₃COOH 0,1 M + 50 ml NaOH 0,1 M

Jumlah mol CH₃COOH = 100 ml x 0,1 M = 10 mmol

Jumlah mol NaOH = 50 ml x 0,1 M = 5 mmol

Campuran akan bereaksi menghasilkan 5 mmol NaCH₃COO, sedangkan CH₃COOH bersisa 5 mmol, dengan rincian sebagai berikut :

CH₃COOH _(aq) + NaOH_(aq) " CH₃COO^- _(aq) + H₂O _(l)

Atau dengan reaksi ion

CH₃COOH _(aq) + OH^- _(aq)         " CH₃COO^- _(aq) + H₂O _(l)

M   10 mmol             5 mmol        

R    -5 mmol             -5 mmol        + 5 mmol              +5 mmol

S      5 mmol                                       5 mmol             5 mmol

      Campuran merupakan buffer, karena mengandung CH₃COOH ( asam lemah) dan CH₃COO^- ( basa konjugasi dari CH₃COOH )           

b.      Larutan penyangga basa

Larutan penyangga basa mengandung suatu basa lemah (B) dan asam konjugasinya ( BH+ ).Larutan penyangga basa dapat dibuat dengan cara yang serupa dengan pembuatan larutan penyangga asam.

1)      Mencampurkan suatu basa lemah dengan garamnya

Contoh :

Larutan NH₃ + NH₄Cl ( komponen buffernya; NH₃ dan NH₄⁺ )

2)      Mencampurkan suatu basa lemah dengan asam kuat di mana  basa lemahnya dicampurkan berlebih

Contoh:

50 ml NH₃ 0,2 M (= 10 mmol) dicampur dengan 50 ml HCl 0,1 M (= 5 mmol)

Campuran akan bereaksi menghasilkan 5 mmol NH₄Cl (NH₄⁺) sedangkan NH₃ bersisa 5 mmol dengan rincian sebagai berikut :

NH_3(aq) + HCl_(aq) " NH₄Cl_(aq)

Atau dengan reaksi ion :

NH_3(aq)   +     H⁺_aq)       "         NH₄⁺_aq)

M              10 mmol       5 mmol

R              - 5 mmol      -5 mmol                +5mmol

S                 5 mmol                                     5mmol

Jadi, campuran merupakan buffer karena mengandung NH₃ (basa lemah) dan NH₄⁺( asam konjugasi dari NH₃ )

2.      Cara kerja larutan penyangga

a.       Larutan penyangga asam

Contoh : Larutan penyangga yang mengandung CH₃COOH dan CH₃COO^-

Dalam larutan tersebut terdapat kesetimbangan:

CH₃COOH _(aq) D CH₃COO^-_(aq) + H⁺ _(aq)

Penambahan asam (H⁺) akan menggeser kesetimbangan ke kiri, ion H⁺ yang ditambahkan akan bereaksi dengan ion CH₃COO^- membentuk molekul CH₃COOH

Pada penambahan asam:

CH₃COO^-_(aq) + H⁺ _(aq) D CH₃COOH _(aq

 Jika yang ditambahkan adalah suatu basa, maka ion OH^- dari basa itu akan bereaksi dengan ion H⁺ membentuk air. Hal ini akan menyebabkan kesetimbangan bergeser ke kanan sehingga konsentrasi ion H⁺ dapat dipertahankan.jadi penambahan basa menyebabkan berkurangnya komponen asam ( dalam hal ini CH₃COOH ), bukannya ion H⁺.Basa yang ditambahkan itu praktis bereaksi dengan CH₃COOH membentuk CH₃COO^- dan air

Pada penambahan basa :

CH₃COOH _(aq) + OH^- _(aq) D CH₃COO^-_(aq) + H₂O _(l)

b.      Larutan penyangga basa

Contoh : Larutan penyangga yang mengandung NH₃ dan NH₄⁺

Dalam larutan terdapat kesetimbangan :

NH_{3 (aq)} + H₂O _(l)  D NH₄⁺ _(aq) + OH^- _(aq)

Jika ke dalam larutan ditambahkan suatu asam, maka ion H+ dari asam itu akan mengikat ion OH^-.hal itu menyebabkan kesetimbangan bergeser ke kanan, sehingga konsentrasi ion OH^- dapat dipertahankan.Jadi penambahan asam menyebabkan berkurangnya komponen basa ( dalam hal ini NH₃ ), bukannya ion OH^-. Asam yang ditambahkan itu bereaksi dengan NH₃ membentuk NH₄⁺

Pada penambahan asam :

NH_{3 (aq)} + H⁺ _(aq) D  NH₄⁺_(aq)

Jika yang ditambahkan adalah suatu basa, maka kesetimbangan akan bergeser ke kiri, sehingga konsentrasi ion OH^- dapat dipertahankan. Basa yang ditambahkan itu bereaksi dengan komponen asam ( dalam hal ini NH₄⁺ ), membentuk komponen basa ( yaitu NH₃ ) dan air

Pada penambahan basa :

NH₄⁺ _(aq) + OH^- _(aq) D NH_{3 (aq)} + H₂O _(l) 

C.     Menghitung pH larutan penyangga

1.      Larutan penyangga asam

Marilah kita perhatikan larutan penyangga yang terdiri atas CH₃COOH dengan NaCH₃COO.Asam asetat mengion sebagian . Misal jumlah CH₃COOH yang dilarutkan = a mol dan jumlah yang mengion = x mol, maka susunan kesetimbangan dapat dirinci sebagai berikut :

                  CH₃COOH _(aq) D CH₃COO^-_(aq) + H⁺ _(aq)  …………………(1)

M                a  mol

R                -x  mol                    + x mol          +x mol

S                 a-x  mol                    x mol             x mol

Misalkan jumlah mol NaCH₃COO yang dilarutkan = g mol. Dalam larutan, garam ini mengoin sempurna membentuk g mol ion Na⁺ dan g mol ion CH₃COO^-

NaCH₃COO_(aq) " CH₃COO^-_(aq) + Na⁺ _(aq) …………………(2)

M                g   mol

R              - g   mol                   + g  mol         + g  mol

S                                                  g  mol            g  mol

Tetapan ionisasi asam asetat, sesuai dengan persamaan (1) adalah

           [CH₃COO^-][ H⁺]

Ka=                                  ………………………………………………………(3)

                                [CH₃COOH]

Maka konsentrasi ion H⁺ dalam larutan akan ditentukan oleh persamaan berikut :

                                        [CH₃COOH]

[ H⁺]  = Ka x                                         …………………………………………(4)

                        [CH₃COO^-]   

Jumlah ion CH₃COO^- dalam larutan = ( x + g ), sedangkan jumlah CH₃COOH = ( a – x ) mol. Oleh karena  dalam larutan terdapat banyak ion   CH₃COO^- , yaitu yang berasal dari NaCH₃COO, maka kesetimbangan  (1) akan terdesak ke kiri, sehingga jumlah mol CH₃COOH dalam larutan dapat dianggap tetap a mol ( a – x ≈ a ; jumlah mol CH₃COOH yang mengion diabaikan ). Dengan alasan yang sama, jumlah mol ion CH₃COO^- dalam larutan dapat dianggap = g mol ( g + x  ≈g; CH₃COO^- yang berasal dari persamaan (1) diabaikan. Dengan asumsi-asumsi tersebut, persamaan (1) dapat ditulis sebagai berikut.

                      a/v

[ H⁺] = Ka x                      ( v = volum larutan )

                      g/v

                               a

atau [ H⁺] =  Ka x        

                               g

                               a

pH = - log Ka x    

                               g

                                        a

= - log Ka –   log

                                        g

                                        a

Atau pH = pKa – log           

                                        g

Dengan Ka  = tetapan ionisasi asam lemah

                a  = jumlah mol asam lemah

                g  = jumlah mol basa konjugasi

2.      Larutan penyangga basa

Marilah kita perhatikan larutan penyangga yang mengandung NH₃ dan NH₄Cl. Dalam larutan, NH₃ mengion menurut reaksi kesetimbangan, sedangkan NH₄Cl mengion sempurna.

NH_{3 (aq)} + H₂O _(l) D NH₄⁺ _(aq) + OH ^-  _(aq)

NH₄Cl _(aq) " NH₄⁺ _(aq) + Cl ^– _(aq)

Sama halnya dengan penurunan persamaan larutan penyangga asam. Maka untuk larutan penyangga dari basa lemah dan asam konjugasinya berlaku rumus berikut.

                          b/v

[ OH^- ] = Kb  x                  ( v = volum larutan )

                          g/v

                                   b

atau [ OH^-] =  Kb x      

                                   g

                                 b

pOH = - log Kb x

                                 g

                                        b

= - log Kb  –   log

                                        g

                                           a

atau pOH = pKb  – log        

                                           g

Dengan Kb  = tetapan ionisasi basa lemah

                b  = jumlah mol basa lemah

                g  = jumlah mol asam konjugasi

D.    Fungsi larutan penyangga

Larutan penyangga digunakan secara luas dalam kimia analitis, biokimia dan bakteriologi, dalam fotografi, industry kulit dan zat warna. Dalam tiap bidang tersebut, terutama dalam biokimia dan bakteriologi,diperlukan rentang pH tertentu yang sempit untuk mencapai hasil optimum. Kerja suatu enzim, tumbuhnya kultur bakteri dan proses biokimia lainnya sangat sensitive terhadap perubahan pH.

Cairan tubuh, baik cairan intra sel maupun cairan luar sel, merupakan cairan penyangga. Sistem penyangga yang utama dalam cairan intra sel adalah pasangan dihidrogenfosfat-monohidrogenfosfat ( H₂PO₄^-  – HPO₄^-). Sistem ini bereaksi dengan asam dan basa sebagai berikut:

HPO₄^2- _(aq) + H⁺ _(aq) D H₂PO₄^- _(aq)  …………………………(1)

H₂PO₄^- _(aq) + OH- _(aq) D HPO₄^2- _(aq) + H₂O _(l)    .......................(2)

Adapun system penahan utama dalam cairan luar sel ( darah) adalah pasangan asam karbonat – bikarbonat ( H₂CO₃ – HCO₃^- ) system ini bereaksi dengan asam dan basa sebagai berikut :

H₂CO_3(aq) + OH^- _(aq) D HCO₃^- (aq) + H₂O _(l)   ……………………(3)

HCO₃^- _(aq) + H⁺ D H₂CO_3(aq)

System penyangga di atas menjaga pH darah hampir konstan, yaitu sekitar 7,4

Perbandingan konsentrasi HCO₃^- terhadap H₂CO₃ yang diperlukan untuk menjadikan pH = 7,4 adalah 20 : 1. Jumlah HCO₃^- yang relative jauh lebih banyak itu dapat dimengerti karena hasil-hasil metabolism yang diterima darah lebih banyak yang bersifat asam. Proses metabolism dalam jaringan terus-menerus membebaskan asam-asam seperti asam laktat, asam fosfat, dan asam sulfat. Ketika asam-asam itu memasuki pembuluh darah maka ion HCO₃^- akan berubah menjadi H₂CO₃, kemudian H₂CO₃ akan terurai membentuk CO₂. Pernapasan akan meningkat untuk mengeluarkan kelebihan CO₂ melalui paru-paru. Apabila darah menerima zat yang bersifat basa maka H₂CO₃ akan berubah menjadi HCO₃^-. Untuk mempertahankan perbandingan HCO₃^- / H₂CO₃ tetap 20 : 1 maka sebagian CO₂ yang terdapat dalam paru-paru akan larut ke dalam darah membentuk H₂CO₃

Apabila mekanisme pengaturan pH dalam tubuh gagal, seperti yang terjadi selama sakit, sehingga pH darah turun ke bawah 7,0 atau naik ke atas 7,8 dapat menyebabkan kerusakan permanen pada organ tubuh atau bahkan kematian.Faktor-faktor yang dapat menyebabkan keadaan asidosis (penurunan pH) adalah penyakit jantung, ginjal, diabetes mellitus, diare yang terus-menerus atau makanan berkadar protein tinggi selama jangka waktu lama.Keadaan asidosis sementara dapat terjadi karena olahraga intensif yang dilakukan terlalu lama. Alkalosis (peningkatan pH darah ) dapat terjadi sebagai akibat muntah yang hebat, hiperventilasi ( bernafas terlalu berlebihan, kadang-kadang karena cemas atau histeris atau berada di ketinggian ). Suatu penelitian yang dilakukan terhadap para pendaki gunung yang mencapai puncak everest ( 8848 m) tanpa oksigen tambahan menunjukkan pH darah mereka berada di antara 7,7 – 7,8. Hiperventilasi diperlukan untuk mengatasi tekanan oksigen yang amat rendah ( kira-kira 43 mmHg ) di tempat setinggi itu.

Latihan Soal :

1.      Periksalah, apakah larutan berikut bersifat penyangga atau tidak

a.       50 ml larutan CH₃COOH 0,1 M + 50 ml larutan Ca(CH₃COO)₂ 0,1 M

b.      50 ml larutan CH₃COOH 0,2M + 50 ml larutan NaOH 0,1 M

c.       50 ml larutan CH₃COOH 0,1M + 50 ml larutan NaOH 0,1 M

d.      50 ml larutan CH₃COOH 0,1M + 50 ml larutan NaOH 0,2 M

2.      Tentukan pH larutan penyangga yang dibuat dengan mencampurkan :

a.       50 ml CH₃COOH 0,1 M dengan 50 ml NaCH₃COO 0,2 M

b.      50 ml CH₃COOH 0,1 M dengan 50 ml Ca(CH₃COO )₂ 0,1 M

c.       50 ml CH₃COOH 0,3 M dengan 50 ml NaOH  0,1 M

d.      50 ml CH₃COOH 0,3 M dengan 50 ml Ca(OH)₂  0,1 M

Ka CH₃COOH = 1 x 10^-5

3.      Tentukan pH larutan penyangga yang dibuat dengan mencampurkan :

a.       50 ml NH₃ 0,1 M dengan 50 ml NH₄Cl 0,2 M

b.      50 ml NH₃ 0,2 M dengan 50 ml HCl 0,15 M

c.       50 ml NH₃ 0,3 M dengan 50 ml H₂SO₄ 0,1 M

d.      50 ml (NH₄)₂SO₄ 0,2 M dengan 50 ml NaOH 0,1 M. Kb NH₃ = 1 x 10^-5

http://adf.ly/6wF32