Definisi Larutan Penyangga
Larutan
penyangga adalah larutan yang pH-nya hampir tetap walaupun
ditambahkan sedikit asam, basa, atau diencerkan. Larutan penyangga disebut juga
larutan buffer atau dapar.
Ada 2 macam larutan penyangga:
1. Larutan penyangga asam
Larutan
penyangga yang dapat mempertahankan pH pada daerah asam (pH<7)
Larutan seperti ini dapat
terjadi dari:
a. Campuran asam lemah dengan
garamnya
Contoh: CH3COOH +
CH3COONa
H2CO3 + NaHCO3
b. Campuran
asam lemah dan basa kuat, terdapat sisa asam lemah
Contoh: campuran 100 ml CH3COOH 0,1 M + 50 ml NaOH 0,1 M
2.
Larutan penyangga basa
Larutan penyangga yang dapat mempertahankan pH pada daerah basa (pH>7))
Larutan seperti ini dapat terjadi dari:
a. Campuran basa lemah dengan
garamnya
Contoh: larutan NH3 +
NH4Cl
b.
Campuran basa lemah dan asam kuat, terdapat sisa basa lemah
Contoh: campuran 100 ml NH3 0,1 M + 50 ml HCl 0,1 M
Cara membuat
larutan penyangga
Untuk
mengetahui cara pembuatan larutan penyangga, perhatikan video berikut:
Sumber video: klik disini
Prinsip
kerja sistem larutan penyangga
Pada larutan penyangga asam :
- Jika ditambahkan asam, ion H+ dari asam
tersebut akan dinetralkan oleh ion dari basa konjugasi dalam larutan.
- Jika ditambahkan basa, ion H+ basa tersebut
akan dinetralkan oleh ion asam dalam larutan
Misalnya, dalam larutan penyangga antara CH3COOH dan CH3COO-
ditambahkan sedikit asam, ion H+ asam akan bereaksi dengan ion CH3COO-
dan membentuk CH3COOH sehingga pH larutan relatif tetap.
H+ + CH3COO- --> CH3COOH
Begitu juga jika ke dalam larutan ditambahkan sedikit basa, ion OH- basa
akan dinetralkan oleh CH3COOH, sehingga pH larutan relatif tetap.
OH- + CH3COOH --> CH3COO-
+ H2O
Pada larutan penyangga basa:
- Jika ditambah asam, ion H+ asam tersebut akan dinetralkan
oleh basa dalam larutan.
- Jika ditambah basa, ion OH- basa tersebut akan dinetralkan
oleh asam konjugasi dalam larutan.
Misalnya, dalam larutan penyangga antara NH4OH dan NH4Cl
ditambahkan sedikit asam, ion H+ asam akan dinetralkan dengan NH4OH
sehingga pH larutan relatif tetap.
H+ + NH4OH --> NH4+ + H2O
Begitu juga jika ke dalam larutan ditambahkan sedikit basa, ion OH- basa
akan bereaksi dengan ion NH4+ membentuk NH4OH
sehingga pH larutan relatif tetap.
OH- + NH4+ --> NH4OH
Perhitungan
pH larutan penyangga
1. Larutan penyangga bersifat asam
Larutan penyangga yang bersifat asam dibuat dari campuran asam lemah dengan
basa konjugasinya.
Jika valensi basa konjugasi yg diikat garam (n) lebih dari 1 , maka:
Jika larutan penyangga berasal dari campuran asam lemah berlebih dan
basa kuat, maka:
2. Larutan penyangga bersifat basa
Larutan penyangga yang bersifat basa dibuat dari campuran
basa lemah dengan asam konjugasinya.
Jika valensi asam konjugasi yg diikat garam (n) lebih dari 1 , maka:
Jika larutan penyangga berasal dari campuran basa lemah berlebih dan
asam kuat, maka:
pH larutan penyangga tidak berubah terlalu signifikan
dengan adanya perubahan sedikit asam atau basa dan pengaruh pengenceran. Tetapi
akan berubah apabila diberikan asam kuat dan basa kuat yang relatif banyak.
Pengaruh penambahan sedikit asam/ basa pada larutan
penyangga
Misalkan:
Campuran
500 mL CH3COOH 0,1 M dan 500 mL CH3COONa 0,1 M
(Ka CH3COOH=1,8
x 10-5)
mol CH3COOH
= 500 x 0,1 = 50 mmol
mol CH3COONa
=500 x 0,1 = 50 mmol
* Jika pada
campuran ditambahkan 5 mL CH3COOH 0,1 M, maka molaritas asam
berubah.
mol asam= 50 + (5-0,1)=50,5 mmol
* Jika pada
campuran ditambahkan 5 mL NH4OH 0,1 M, maka NH4OH akan
bereaksi dengan CH3COOH
mol NH4OH=
V x M = 5 x 0,1 = 0,5 mmol
mol CH3COOH
sisa= mol semula-mol NH4OH
= 50-0,5 =49,5 mmol
mol CH3COO-
= 50 + 0,5 = 50,5 mmol
* Jika dilihat dari perubahan pH kecil sekali meskipun
ditambahkan sedikit asam ataupun basa, sehingga dapat diabaikan dan pH dianggap
tetap
Pengaruh pengenceran pada larutan penyangga
Misalkan:
Sebanyak
100 mL NH4OH 0,2 M dicampur dengan 100 mL NH4Br 0,1 M,
kemudian campuran ditambah air hingga mencapai 1 L.
Tentukan pH sebelum dan
setelah diencerkan ! (Kb NH4OH= 1,8 x x 10-5)
* mol NH4OH= V. M= 100 x 0,2 = 20 mmol
mol NH4Br= 100 x 0,1 =
10 mmol
* Setelah pengenceran, volume larutan =200 mL +800 mL = 1000 mL
Jadi, pada
pengenceran lima kali (200 mL menjadi 1000 mL) tidak mengubah harga
pH larutan
penyangga.
Daya
penahan larutan penyangga tergantung pada jumlah mol dan perbandingan mol
dari
komponen pengganti dengan ketentuan sebagai berikut:
- Perbandingan mol antara komponen larutan penyangga
sebaikknya antara 0,1 hingga 10, diluar perbandingan itu maka sifat larutan
penyangga akan berkurang
- Makin banyak jumlah mol komponen penyangga, makin besar
kemampuannya mempertahankan pH. Jika asam terlalu sedikit, maka pada perubahan
sedikit basa dapat mengubah pH. Jika komponen basa terlalu sedikit, maka
perubahan sedikit asam akan mengubah pH-nya.
Peran larutan
penyangga
Sistem larutan penyangga banyak diperlukan pada berbagai reaksi yang
memerlukan pH tetap. Larutan penyangga memiliki peran dalam tubuh makhluk hidup dan juga
dipergunakan dalam berbagi bidang seperti kimia analitik, biokimia,
bakteriologi, obat-obatan (farmasi), fotografi, industri kulit, zat warna,
industri makanan, pertanian, dan pengolahan limbah industri.
Berikut
beberapa peran larutan penyangga :
1.
Kerja enzim hanya efektif pada pH tertentu, berarti
memerlukan sistem penyangga.
2. Untuk mempertahankan pH biakan murni diperlukan sistem
penyangga dari NaH2PO4 dan Na2HPO4
3. Pada cairan didalam sel (intrasel) tubuh
diperlukan sistem penyangga dari pasangan asam-basa konjugasi dihidrogenfosfat dan
monohidrogenfosfat (H2PO4-
dan HPO42-).
4.
Pada cairan antar sel (ekstrasel) dalam tubuh (darah)
diperlukan sistem penyangga dari H2CO3 dan HCO3-. Untuk
mempertahankan pH darah sekitar 7,35–7,45. Apabila
pH darah lebih dari
7,45 akan mengalami alkalosis, akibatnya terjadi hiperventilasi/ bernapas
berlebihan. Apabila pH darah kurang dari 7,35 akan mengalami asidosis akibatnya dapat
mengganggu jantung,
ginjal, hati dan pencernaan.
5. Dalam bidang
obat-obatan (farmasi) misalnya obat suntik dan obat tetes mata. Obat tetes mata
yang kita gunakan sehari-hari juga menggunakan sistem larutan penyangga agar pada saat di
teteskan ke mata manusia, dapat diterima oleh kondisi tubuh manusia. Suasana pH
pada obat tetes mata tersebut disesuaikan dengan kondisi pH cairan
tubuh manusia
agar tidak menimbulkan bahaya. Untuk pH
obat
suntik harus disesuaikan dengan pH darah agar tidak terjadi asidosis atau
alkalosis pada darah.
6. Dalam
industri makanan, untuk menjaga
pH makanan olahan dalam kaleng agar tidak mudah rusak / teroksidasi (asam
benzoat dengan natrium benzoat).
7.
Asam sitrat
sangat baik digunakan dalam larutan
penyangga untuk
mengendalikan pH larutan atau
pengatur keasaman.
Ion sitrat dapat bereaksi dengan
banyak ion logam membentuk garam sitrat. Penggunaan utama asam sitrat saat ini
adalah sebagai zat pemberi
cita rasa dan pengawet makanan
dan minuman, terutama minuman
ringan. Kode asam sitrat sebagai zat aditif makanan adalah E330. Garam sitrat
dengan berbagai jenis logam digunakan untuk
menyediakan logam tersebut (sebagai bentuk biologis) dalam banyak suplemen
makanan.
8.
Kemampuan
asam sitrat untuk mengkelat logam
menjadikannya berguna sebagai bahan sabun dan deterjen.
Dengan mengkelat logam
pada air
sadah, asam sitrat memungkinkan sabun dan deterjen membentuk busa dan berfungsi
dengan baik
tanpa penambahan zat penghilang kesadahan.