Larutan Penyangga (Buffer) - Tugas Kimia

Larutan penyangga

Larutan penyangga, larutan dapar, atau buffer adalah larutan yang digunakan untuk mempertahankan nilai pH tertentu agar tidak banyak berubah selama reaksi kimia berlangsung. Sifat yang khas dari larutan penyangga ini adalah pH-nya hanya berubah sedikit dengan pemberian sedikit asam kuat atau basa kuat.

Larutan penyangga tersusun dari asam lemah dengan basa konjugatnya atau oleh basa lemah dengan asam konjugatnya. Reaksi di antara kedua komponen penyusun ini disebut sebagai reaksi asam-basa konjugasi.

Komponen Larutan Penyangga

Secara umum, larutan penyangga digambarkan sebagai campuran yang terdiri dari:

1. Asam lemah (HA) dan basa konjugasinya (ion A-), campuran ini menghasilkan larutan bersifat asam.
2. Basa lemah (B) dan asam konjugasinya (BH+), campuran ini menghasilkan larutan bersifat basa.

Komponen larutan penyangga terbagi menjadi:

1. Larutan penyangga yang bersifat asam

Larutan ini mempertahankan pH pada daerah asam (pH < 7). Untuk mendapatkan larutan ini dapat dibuat dari asam lemah dan garamnya yang merupakan basa konjugasi dari asamnya. Adapun cara lainnya yaitu mencampurkan suatu asam lemah dengan suatu basa kuat dimana asam lemahnya dicampurkan dalam jumlah berlebih. Campuran akan menghasilkan garam yang mengandung basa konjugasi dari asam lemah yang bersangkutan. Pada umumnya basa kuat yang digunakan seperti natriumNa), kalium, barium, kalsium, dan lain-lain.

Contoh yang biasa merupakan campuran asam etanoat dan natrium etanoat dalam larutan. Pada kasus ini, jika larutan mengandung konsentrasi molar yang sebanding antara asam dan garam, maka campuran tersebut akan memiliki pH 4.76. Ini bukan suatu masalah dalam hal konsentrasinya, sepanjang keduanya memiliki konsentrasi yang sama.

Anda dapat mengubah pH larutan penyangga dengan mengubah rasio asam terhadap garam, atau dengan memilih asam yang berbeda dan salah satu garamnya.

2. Larutan penyangga yang bersifat basa

Larutan ini mempertahankan pH pada daerah basa (pH > 7). Untuk mendapatkan larutan ini dapat dibuat dari basa lemah dan garam, yang garamnya berasal dari asam kuat. Adapun cara lainnya yaitu dengan mencampurkan suatu basa lemah dengan suatu asam kuat dimana basa lemahnya dicampurkan berlebih.

Seringkali yang digunakan sebagai contoh adalah campuran larutan amonia dan larutan amonium klorida. Jika keduanya dalam keadaan perbandingan molar yang sebanding, larutan akan memiliki pH 9.25. Sekali lagi, hal itu bukanlah suatu masalah selama konsentrasi yang anda pilih keduanya sama.

Cara kerja larutan penyangga

Larutan penyangga mengandung komponen asam dan basa dengan asam dan basa konjugasinya, sehingga dapat mengikatbaik ion H+ maupun ion OH-. Sehingga penambahan sedikit asam kuat atau basa kuat tidak mengubah pH-nya secara signifikan. Berikut ini cara kerja larutan penyangga:

1. Larutan penyangga asam

Adapun cara kerjanya dapat dilihat pada larutan penyangga yang mengandung CH3COOH dan CH3COO- yang mengalami kesetimbangan. Dengan proses sebagai berikut:

Pada penambahan asam Penambahan asam (H+) akan menggeser kesetimbangan ke kiri. Dimana ion H+ yang ditambahkan akan bereaksi dengan ion CH3COO- membentuk molekul CH3COOH.

CH3COO-(aq) + H+(aq) → CH3COOH(aq)

Pada penambahan basa 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 (CH3COOH), bukan ion H+. Basa yang ditambahkan tersebut bereaksi dengan asam CH3COOH membentuk ion CH3COO- dan air.

CH3COOH(aq) + OH-(aq) → CH3COO-(aq) + H2O(l)

Penambahan asam pada larutan penyangga yang bersifat asam
Larutan penyangga harus menghilangkan sebagian besar ion hidrogen yang baru sebaliknya pH akan turun dengan mencolok sekali.
Ion hidrogen bergabung dengan ion etanoat untuk menghasilkan asam etanoat. Meskipun reaksi berlangsung reversibel, karena asam etanoat adalah asam lemah, sebagaian besar ion hidrogen yang baru dihilangkan melalui cara ini.

Karena sebagian besar ion hidrogen yang baru dihilangkan, pH tidak akan berubah terlalu banyak – tetapi karena kesetimbangan ikut terlibat, pH akan sedikit menurun.
Penambahan basa pada larutan penyangga yang bersifat asam
Larutan basa mengandung ion hidroksida dan larutan penyangga menghilangkan ion hidroksida tersebut.
Kali ini situasinya sedikit lebih rumit karena terdapat dua proses yang dapat menghilangkan ion hidroksida.
Penghilangan ion hidroksida melalui reaksi dengan asam etanoat
Sebagian besar zat yang bersifat asam yang mana ion hidroksida bertumbukan dengan molekul asam etanoat. Keduanya akan bereaksi untuk membentuk ion etanoat dan air.

Karena sebagian besar ion hidroksida dihilangkan, pH tidak berubah terlalu besar.
Penghilangan ion hidroksida melalui reaksi dengan ion hidrogen
Harus diingat bahwa beberapa ion hidrogen yang ada berasal dari ionisasi asam aetanoat.

Ion hidroksida dapat bergabung dengannya untuk membentuk air. Selama hal itu terjadi, ujung kesetimbangan menggantikannya. Hal ini tetap terjadi sampai sebagian besar ion hidrogen dihilangkan.

Sekali lagi, karena anda memiliki kesetimbangan yang terlibat, tidak semua ion hidroksida dihilangkan – karena terlalu banyak. Air yang terbentuk terionisasi kembali menjadi tingat yang sangat kecil untuk memberikan beberapa ion hidrogen dan ion hidroksida.

2. Larutan penyangga basa

Adapun cara kerjanya dapat dilihat pada larutan penyangga yang mengandung NH3 dan NH4+ yang mengalami kesetimbangan. Dengan proses sebagai berikut:

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

NH3 (aq) + H+(aq) → NH4+ (aq)

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

NH4+ (aq) + OH-(aq) → NH3 (aq) + H2O(l)

Penambahan asam pada larutan penyangga yang bersifat basa
Terdapat dua proses yang dapat menghilangkan ion hidrogen yang anda tambahkan.
Penghilangan ion hidrogen melalui reaksi dengan amonia
Sebagian besar zat dasar yang mana ion hidrogen bertumbukan dengannya adalah molekul amonia. Keduanya akan bereaksi untuk membentuk ion amonium.

Sebagian besar, tetapi tidak seluruhnya, ion hidrogen akan dihilangkan. Ion amonium bersifat asam yang sedikit lemah, dan karena itu ion hidrohen akan dilepaskan kembali.
Penghilangan ion hidrogen melalui reaksi dengan ion hidroksida
Harus diingat bahwa beberepa ion hidroksida yang ada berasal dari reaksi antara amonia dan air.

Ion hidrogen dapat bergabung dengan ion hidroksida tersebut untuk menghasilkan air. Selama hal itu terjadi, ujung kesetimbangan menggantikan ion hidroksida. Hal ini terus terjadi sampai sebagian besar ion hidrogen dihilangkan.

Sekali lagi, karena anda memiliki kesetimbangan yang terlibat, tidak semua ion hidrogen dihilangkan – hanya sebagian besar.
Penambahan basa pada larutan penyangga yang bersifat basa
Ion hidroksida dari alkali dihilangkan melali reaksi yang sederhana dengan ion amonium.

Karena amonia yang terbentuk merupakan basa lemah, amonia akan bereaksi dengan air – dan karena itu reaksi sedikit reversibel. Hal ini berarti bahwa, sekali lagi, sebagian besar (tetapi tidak semuanya) ion hidrogen dihilangkan dari larutan.

Perhitungan pH Larutan Penyangga

1. Larutan penyangga asam
Dapat digunakan tetapan ionisasi dalam menentukan konsentrasi ion H+ dalam suatu larutan dengan rumus berikut:

[H+] = Ka x a/valxg

atau

pH = p Ka - log a/g

dengan, Ka = tetapan ionisasi asam lemah

              a  = jumlah mol asam lemah

              g  = jumlah mol basa konjugasi

2. Larutan penyangga basa
Dapat digunakan tetapan ionisasi dalam menentukan konsentrasi ion H+ dalam suatu larutan dengan rumus berikut:

[OH-] = Kb x b/valxg

atau

pH = p Kb - log b/g

dengan, Kb = tetapan ionisasi basa lemah

              b  = jumlah mol basa lemah

              g  = jumlah mol asam konjugasi

Contoh soal Larutan penyangga asam dan basa lemah

1. Bila 0,15 mol CH3COOH (Ka = 2 . 10–15) dan 0,1 mol NaOH dilarutkan dalam air sehingga diperoleh larutan penyangga dengan volume 1 liter. Tentukan pH larutan penyangga tersebut!
   Jawab:
   
2. Bila 3,4 gram gas NH3 dilarutkan ke dalam 1 liter air. Kemudian ke dalam larutantersebut ditambahkan 5,35 gram NH4Cl. Jika KbNH3 = 1,8.10-5, Mr NH3 = 17 dan Mr NH4Cl = 53,5, tentukanlah pH larutan tersebut!
   Jawab:
   
3. Bila 2 liter larutan NH4OH 0,2 M dicampurkan dengan 2 liter larutan NH4Cl 0,2 M dan Kb NH4OH = 1,8.10-5. Tentukan:
   a. pH larutan penyangga
   b. pH larutan penyangga setelah penambahan 10 ml HCl 0,1 M
   c. pH larutan penyangga setelah penambahan 10 ml NaOH 0,1 M

Jawab:

a. Jumlah mol NH4OH = V × M = 2 × 0,2 = 0,4 mol
Jumlah mol NH4Cl = V × M = 2 × 0,2 = 0,4 mol

b. Pada campuran NH4OH dan NH4Cl ditambahkan HCl, maka NH4OH akan bereaksi dengan HCl membentuk NH4Cl.
Jumlah mol NH4Cl awal = 0,4 mol = 400 mmol
Jumlah mol NH4OH awal = 0,4 mol = 400 mmol
Jumlah mol HCl = V × M = 10 ml × 0,1 M = 1 mmol

c. Pada campuran NH4OH dan NH4Cl ditambahkan NaOH, maka NaOH akan
bereaksi dengan NH4Cl sehingga NH4OH bertambah dan NH4Cl berkurang.
Jumlah mol NH4OH awal = 0,4 mol = 400 mmol
Jumlah mol NH4Cl awal = 0,4 mol = 400 mmol
Jumlah mol NaOH = V × M = 10 ml × 0,1 M = 1 mmol

Fungsi Larutan Penyangga

Adanya larutan penyangga ini dapat kita lihat dalam kehidupan sehari-hari seperti pada obat-obatan, fotografi, industri kulit dan zat warna. Selain aplikasi tersebut, terdapat fungsi penerapan konsep larutan penyangga ini dalam tubuh manusia seperti pada cairan tubuh. Cairan tubuh ini bisa dalam cairan intrasel maupun cairan ekstrasel. Dimana sistem penyangga utama dalam cairan intraselnya seperti H2PO4- dan HPO42- yang dapat bereaksi dengan suatu asam dan basa. Adapun sistem penyangga tersebut, dapat menjaga pH darah yang hampir konstan yaitu sekitar 7,4. Selain itu penerapan larutan penyangga ini dapat kita temui dalam kehidupan sehari-hari seperti pada obat tetes mata. Pada obat tetes mata mempunyai pH yang sama dengan cairan tubuh kita, agar tidak menimbulkan efek samping.