LARUTAN PENYANGGA (BUFFER)

  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:

   

Sifat larutan penyangga

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: 

1. Perbandingan mol antara komponen larutan penyangga sebaikknya antara 0,1 hingga 10, diluar perbandingan itu maka sifat larutan penyangga akan berkurang 
2. 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 HPO₄^2-).

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.