PETA KONSEPLarutan Penyanggaberupa mempertahankan
pH
Larutan Penyangga Asammengandung
Larutan Penyangga Basamengandung
Asam lemahcontoh CH3COOH
Basa konjugasicontoh CH3COO-
Asam konjugasicontoh NH3
Basa lemahcontoh NH4+
1
1. Pengertian Larutan Penyangga Sebelum kita membahas pengertian larutan penyangga, simaklah gambar di bawah ini! Ditambahkan 0,1 mL 1 M HCl Penambahan 0,1 mL larutan HCl 0,1 M ke dalam 1 L air suling mengubah pHnya dari 7 menjadi 4. Bila larutan HCl yang sama banyaknya ditambahkan ke dalam 1 L air laut, perubahan pH-nya lebih kecil, yaitu dari 8,2 menjadi 7,6. Larutan yang seperti air laut inilah yang merupakan larutan penyangga karena dapat mempertahankan nilai pH. tertentu.
Air suling pH=7
Lar. HCl 1x10-4M pH=4
Ditambahkan 0,1 mL 1 M HCl
Air laut pH=8,2
Air laut pH=7,6
Ingat!!! Menurut Bronsted dan Lowry, asam adalah suatu zat yang dapat memberi proton (donor ion H+), sedangkan basa adalah suatu zat yang dapat menerima proton (akseptor ion H+). Berdasarkan definisi tersebut dapat dikatakan bahwa jika terdapat zat yang bersifat asam, harus terdapat zat yang bersifat basa. Demikian pula sebaliknya. Hal inilah yang dinamakan asam-basa konjugasi. Larutan buffer adalah larutan yang dapat menyangga (mempertahankan) pH. Larutan buffer memiliki pH yang konstan, terhadap pengaruh pengenceran atau ditambah sedikit asam atau basa. Secara teoritis berapa pun diencerkannya pH tidak akan berubah, tetapi dalam praktiknya jika pengenceran besar sekali, jelas pH-nyaakan berubah. Larutan penyangga disebut juga larutan buffer atau larutan dapar. Jika dilihat dari komponen penyusunnya, larutan penyangga merupakan campuran asam lemah dengan basa konjugasinya atau campuran basa lemah dengan asam konjugasinya.
2
lemah dan basa konjugasinya atau basa lemah dan asam konjugasinya. Larutan buffer mempunyai sifat menyangga usaha untuk mengubah pH seperti penambahan asam, basa, atau pengenceran. Artinya, pH larutan buffer praktis tidak berubah walaupun kepadanya ditambahkan sedikit asam kuat atau basa kuat atau bila larutan diencerkan.
2. Jenis-jenis Larutan Penyangga a. Larutan Penyangga Bersifat Asam Larutan penyangga yang bersifat asam terbentuk dari suatu asam lemah dan basa konjugasinya. Apabila larutan ini ditambahkan dengan sedikit asam atau basa maupun diencerkan, maka pH larutan ini relatif tidak berubah dan tetap bersifat asam (pH 7). Sehingga, larutan ini dapat berfungsi sebagai larutan penyangga atau buffer. Salah satu komponen pembentuk larutan penyangga bersifat basa adalah basa lemah. Suatu basa lemah, misalnya NH3. Bila NH3 dilarutkan dalam air maka akan sedikit terionisasi. Reaksinya adalah sebagai berikut: NH4+(aq) + OH-(aq)
NH3 (aq) + H2O(l)
Pada reaksi di atas, NH3 merupakan suatu basa lemah, dengan asam konjugasinya yaitu NH4+. Komponen lain pembentuk larutan penyangga bersifat basa adalah asam konjugasi. Asam konjugasi ini dapat berasal dari garam asam, misalnya NH4Cl, NH4Br atau (NH4)2SO4 yang diperoleh dari reaksi antara basa lemah dengan asam kuat.
Contoh: NH3 (aq) + HCl(aq) basa lemah asam k NH4Cl(aq) garam asam
Di dalam larutannya, suatu garam asam misalnya NH4Cl, akan terionisasi menjadi ion-ionnya membentuk asam konjugasi kembali. Sehingga, garam asam ini merupakan suatu spesi yang bertindak sebagai asam konjugasi dari suatu basa lemah. Reaksinya adalah sebagai berikut: NH4Cl (aq) NH4+ (aq) + Cl-(aq)
5
Dengan demikian, suatu larutan penyangga yang bersifat basa merupakan campuran dari: Basa lemah dengan garamnya yang berasal dari asam kuat. LOH basa lemah + LA
garam asam
Contoh: - NH3 + NH4Cl - NH3 + NH4Br
Basa lemah dengan asam kuat, dimana jumlah basa lemah dibuat berlebih. Sehingga pada keadaan setimbang dalam larutan tersebut terdapat sisa basa lemah dengan garamnya yang berasal dari asam kuat. LOH basa lemah + HA LA garam asam + H2 O
asam kuat
Contoh: - 100 mL NH3 0,1 M + 50 mL HCl 0,1 M - 0,1 mol NH3 + 0,05 mol H2SO4
3. Cara Kerja Larutan Penyangga Seperti yang kita ketahui bersama bahwa terdapat dua jenis larutan penyangga, yaitu larutan penyangga bersifat asam dan larutan penyangga bersifat basa.
6
Ingat!! Menurut Arrheniuss, asam dapat didefinisikan sebagai senyawa yang dapat menghasilkan ion hidrogen jika dilarutkan dalam air. Contoh: CH3COOH (aq) HCl (aq) CH3COO- (aq) + H+(aq) Cl- (aq) + H+(aq)
Basa dapat didefinisikan sebagai zat yang terdisosiasi dalam air menghasilkan ion OH- sebagai ion negatifnya.
Contoh: NH3 (aq) + H2O(l)NaOH (aq)
NH4+(aq) + OH-(aq)Na+(aq) + OH-(aq)
Suatu larutan penyangga dapat mempertahankan pHnya dengan cara menghilangkan ion Hidrogen, H+ atau ion hidroksida, OH- ketika ditambahkan sedikit asam atau basa.
a.
Larutan Penyangga Bersifat Asam Untuk mengetahui bagaimana larutan penyangga bersifat asam dapat mempertahankan pH, mari kita perhatikan contoh berikut:
Contoh: Larutan penyangga yang mengandung CH3COOH dan CH3COOAsam asetat merupakan asam lemah, bila dilarutkan dalam air maka akan terionisasi sebagian membentuk suatu kesetimbangan seperti ditunjukkan oleh persamaan reaksi berikut: CH3COO- (aq) + H+(aq)
CH3COOH (aq)
7
Untuk membentuk larutan penyangga, maka larutan CH3COOH ini ditambahkan dengan basa konjugasinya yaitu ion asetat, CH3COO-, yang berasal dari garamnya seperti natrium asetat, CH3COONa. Hal ini mengakibatkan kesetimbangan bergeser kearah pereaksi.
Akibatnya, larutan tersebut akan mengandung: Sejumlah asam asetat, CH3COOH, yang tidak terionisasi Sejumlah ion asetat, CH3COO-, yang berasal dari garamnya
Jumlah ion hidrogen, H+ yang lebih banyak daripada ion OH- membuat larutan ini bersifat asam Sejumlah ion Na+ yang berasal dari CH3COONa dan air, namun keberadaannya tidaklah penting.
Penambahan Asam Penambahan Asam ke dalam air murni akan menyebabkan pH turun secara drastis. Untuk menghindari hal tersebut, suatu larutan penyangga harus menghilangkan ion Hidrogen baru yang berasal dari penambahan Asam.
8
Ion
Hidrogen,
H +,
yang
ditambahkan
akan
menggeser
kesetimbangan ke arah pereaksi. Oleh karena itu, agar pH larutan penyangga tidak turun secara drastis maka ion Hidrogen ini akan berikatan dengan komponen basa dalam larutan, yaitu CH3COO- membentuk CH3COOH. CH3COO- (aq) + H+(aq) CH3COOH (aq)
Sebagian besar ion H+ akan dihilangkan melalui reaksi ini sehingga pH larutan tidak akan berubah secara drastis. Meskipun demikian, karena reaksinya merupakan reaksi kesetimbangan, pH larutan akan sedikit berubah.
Mekanisme penambahan asam ke dalam larutan penyangga ditunjukkan sebagai berikut:
+
Penambahan Basa Jika larutan penyangga ditambahkan suatu basa, maka ion OH- yang berasal dari basa harus dihilangkan dengan cara bereaksi dengan komponen asam dalam larutan penyangga yaitu CH3COOH maupun ion H+. Proses penghilangan ion OH- ini sedikit rumit karena dapat bereaksi dengan kedua komponen asam dalam larutan penyangga. Penghilangan ion OH- melalui reaksi dengan asam asetat Saat basa ditambahkan, ion OH- dari basa akan dinetralkan oleh H+ dari asam asetat dalam larutan.
9
Reaksi yang terjadi adalah sebagai berikut: OH-(aq) + CH3COOH (aq) asam lemah CH3COO- (aq) + H2O(l) basa kuat
Oleh karena CH3COOH merupakan asam lemah, basa konjugasinya, yaitu ion CH3COO- dapat mengambil H+ dari molekul air untuk kembali membentuk molekul CH3COOH . Sebagian besar ion OH- telah dihilangkan sehingga perubahan pH larutan tidak akan terlalu besar. Penghilangan ion OH- melalui reaksi dengan ion H+ Ingat bahwa larutan penyangga yang kita miliki bersifat asam, artinya mengandung ion H+ yang cukup, yang berasal dari ionisasi asam lemah, asam asetat. Reaksinya: CH3COO- (aq) + H+(aq)
CH3COOH (aq)
Kesetimbangan bergeser ke arah hasil pereaksi untuk menggantikan ion H+ yang diikat oleh OH-
CH3COOH (aq)
CH3COO- (aq) + H+(aq) Ion H+ berikatan dengan ion OH- membentuk H2O
Ion H+ dapat bergabung dengan OH- membentuk H2O. Akibatnya kesetimbangan akan bergeser kearah hasil pereaksi, ion H+ yang hilang kembali digantikan. Ini terus belangsung sampai ion Hidroksida hilang.
10
Seperti penjelasan sebelumnya, karena sistemnya merupakan sistem kesetimbangan, tidak semua ion Hidroksida dihilangkan, hanya sebagian besar saja. Untuk memudahkan dalam memahami pengaruh penambahan asam atau basa ke dalam larutan penyangga, perhatikan gambar berikut.
HX
X-
OHH X
H+
X-
H X
X-
(a)OH- + HX H2O+XH+ + X -
(b)
HX
Keterangan: Larutan penyangga yang terdiri atas campuran Asam Lemah dan Basa Konjugasinya. (a) Ketika ditambahkan basa, konsentrasi HX menurun dan konsentrasi X- meningkat (b) Ketika ditambahkan asam, konsentrasi X- menurun dan konsentrasi HX meningkat b. Larutan Penyangga Bersifat Basa Untuk mengetahui bagaimana larutan penyangga bersifat basa dapat mempertahankan pH, mari kita perhatikan contoh berikut: :Larutan penyangga yang mengandung NH3 dan NH4+
Amonia merupakan basa lemah, bila dilarutkan dalam air maka akan terionisasi sebagian membentuk suatu kesetimbangan seperti ditunjukkan oleh persamaan reaksi berikut:
11
NH3 (aq) + H2O (l)
NH4+ (aq) + OH- (aq)
Untuk membentuk larutan penyangga, maka larutan NH3 ini ditambahkan dengan basa konjugasinya yaitu ion amonia, NH4+, yang berasal dari garamnya seperti amonium klorida, NH4Cl. Hal ini mengakibatkan kesetimbangan bergeser kearah pereaksi. Akibatnya, larutan tersebut akan mengandung: Sejumlah amonia, NH3, yang tidak terionisasi Sejumlah ion amonia, NH4+, yang berasal dari garamnya Jumlah ion hidroksida, OH- yang lebih banyak daripada ion H+ membuat larutan ini bersifat basa Sejumlah ion Cl- yang berasal dari NH4Cl dan air, namun keberadaannya tidaklah penting.
Penambahan Basa Penambahan basa ke dalam air murni akan menyebabkan pH larutan naik secara drastis. Untuk menghindari hal tersebut, suatu larutan
12
penyangga harus menghilangkan ion hidroksida baru yang berasal dari penambahan basa. Ion hidroksida, OH-, yang ditambahkan akan menggeser
kesetimbangan ke arah pereaksi. Oleh karena itu, agar pH larutan penyangga tidak naik secara drastis maka ion hidroksida ini akan berikatan dengan komponen asam dalam larutan, yaitu NH4+ membentuk NH3. NH4+ (aq) + OH-(aq) NH3 (aq) + H2O(l)
Sebagian besar ion OH- akan dihilangkan melalui reaksi ini sehingga pH larutan tidak akan berubah secara drastis. Meskipun demikian, karena reaksinya merupakan reaksi kesetimbangan, pH larutan akan sedikit berubah.
Penambahan Asam Jika larutan penyangga ditambahkan suatu asam, maka ion H+ yang berasal dari asam harus dihilangkan dengan cara bereaksi dengan komponen basa dalam larutan penyangga yaitu NH3 maupun ion OH-. Proses penghilangan ion H+ ini sedikit rumit karena dapat bereaksi dengan kedua komponen basa dalam larutan penyangga. Penghilangan ion H+ melalui reaksi dengan amonia Saat asam ditambahkan, ion H+ dari asam akan dinetralkan oleh OHdari amonia dalam larutan. Reaksi yang terjadi adalah sebagai berikut: NH3 (aq) + H+(aq) NH4+(aq) Sebagian besar, tetapi tidak seluruhnya ion H+ dapat dihilangkan. Ion amonium merupakan asam lemah dan sebagian dari ion H+ akan dilepaskan kembali.
13
Penghilangan ion H+ melalui reaksi dengan ion OHIngat bahwa dalam larutan, tersedia ion-ion hidroksida yang berasal dari reaksi dari amonia dan air. NH4+(aq) + OH-(aq)
NH3 (aq) + H2O(l)
Kesetimbangan bergeser ke arah hasil pereaksi untuk menggantikan ion OH- yang diikat oleh H+
NH3 (aq) + H2O(l)
NH4+(aq) + OH-(aq) Ion H+ berikatan dengan ion OH- membentuk H2O
Ion H+ dari asam dapat bergabung dengan OH- membentuk H2O. Ketika ini terjadi, kesetimbangan akan bergeser ke arah hasil pereaksi untuk mengganti ion hidroksida yang diikat oleh ion hidrogen. Namun demikian, tidak seluruh ion hidrogen dapat dihilangkan, hanya sebagian besar saja.
4. Perhitungan pH Larutan Penyangga a. Larutan Penyangga Bersifat Asam Asam lemah dengan garamnya yang berasal dari basa kuat Marilah kita perhatikan larutan penyangga yang terdiri dari CH3COOH dan CH3COONa. Asam asetat mengion sebagian menurut
14
reaksi kesetimbangan (persamaan 4.1), sedangkan Natrium asetat mengion sempurna (persamaan 4.2). Misal jumlah CH3COOH yang dilarutkan adalah a mol dan jumlah yang mengion adalah x mol, maka susunan kesetimbangan dapat dirinci sebagai berikut: H+(aq) + CH3COO-(aq) .(4.1) + x mol x mol + x mol x mol
CH3COOH (aq) Awal : a mol -x mol a-x mol Terionisasi : Setimbang :
Misalkan jumlah mol CH3COONa yang dilarutkan adalah b mol. Dalam larutan, garam ini mengion sempurna membentuk b mol ion Na+ dan b mol ion CH3COO-. CH3COONa (aq) Awal : b mol -b mol Terionisasi : Akhir : Na+(aq) + CH3COO-(aq) + b mol b mol + b mol b mol .(4.2)
Tetapan ionisasi asam asetat, sesuai dengan persamaan 4.1 adalah:
.(4.3)
Maka, konsentrasi H+ dalam larutan akan ditentukan oleh persamaan berikut:
.(4.4)
15
[ [
] ]
.(4.5)
Jumlah ion
dalam larutan = (b + x) mol, sedangkan
jumlah CH3COOH = (a x) mol. Oleh karena dalam larutan terdapat banyak ion CH3COO- yang berasal dari CH3COONa, maka kesetimbangan (4.1) akan terdesak ke arah pereaksi, sehingga jumlah mol CH3COOH dalam larutan dapat dinggap tetap a mol (a-x a; jumlah mol CH3COOH yang mengion diabaikan). Dengan alasan yang sama, jumlah mol ion CH3COO- dalam larutan dianggap = b mol (b+x b; CH3COO- yang berasal dari persamaan 4.1 diabaikan). Dengan asumsi-asumsi tersebut, persamaan 4.5 dapat ditulis sebagai berikut.
[ ] [ ]
Jadi, untuk menentukan konsentrasi yang bersifat asam adalah:
untuk larutan penyangga
Ka = tetapan ionisasi asam lemah
Maka
Asam lemah dengan basa kuat, dimana jumlah asam lemah dibuat berlebih Contoh: 100 mL larutan CH3COOH 0,1 M + 50 mL larutan NaOH 0,1 M Jumlah mol CH3COOH = 100 mL x 0,1 mmol mL-1
16
= 10 mmol Jumlah mol NaOH = 50 mL x 0,1 mmol mL-1 = 5 mmol Campuran akan bereaksi menghasilkan 5 mmol CH3COONa,
sedangkan CH3COOH bersisa 5 mmol dengan rincian sebagai berikut. CH3COOH (aq) + OH-(aq)Asam lemah
CH3COO-(aq) + H2O(l)basa konjugasi
Awal Reaksi Sisa
: : :
10 mmol -5 mmol 5 mmol
5 mmol -5 mmol -
+5 mmol 5 mmol
Langkah selanjutnya sama dengan penentuan pH larutan penyangga yang berasal dari Asam lemah dengan garamnya yang berasal dari basa kuat.
b. Larutan Penyangga Bersifat Basa Basa lemah dengan garamnya yang berasal dari asam kuat Marilah kita perhatikan larutan penyangga yang terdiri dari NH3 dan NH4Br. Dalam larutan, NH3 mengion sebagian menurut reaksi kesetimbangan, sedangkan NH4Br mengion sempurna. NH3 (aq) NH4Br (aq) + H2O(l) NH4+(aq) + OH-(aq) NH4+ (aq) + Br-(aq)
Sama halnya dengan penurunan persamaan 4.6, maka untuk larutan penyangga dari basa lemah dan asam konjugasinya berlaku rumus berikut.
17
.(4.8)
dengan, Kb = tetapan ionisasi basa lemah dan
=
.(4.9)
Maka
Basa lemah dengan asam kuat, dimana jumlah basa lemah dibuat berlebih
5. Fungsi Larutan Penyangga Larutan penyangga dapat dijumpai dalam kehidupan sehari-hari, antara lain sebagai berikut:
1. Dalam tubuh manusia terdapat sistem penyangga yang berperan untuk mempertahamkan pH, contohnya sebagai berikut: a. Di dalam darah terdapat larutan penyangga. pH darah berkisar antara 7,35-7,45. Untuk menjaga agar pH darah tidak banyak berubah maka dalam darah terdapat sistem penyangga, yaitu asam karbonat dan ion bikarbonat (H2CO3 & HCO3-). Sistem ini bereaksi dengan asam dan basa sebagai berikut. + OH-(aq) + H+(aq) HCO3- (aq) + H2O(l) H2CO3 (aq)
H2CO3 (aq) HCO3- (aq)
18
Adanya kelainan pada satu atau lebih mekanisme pengendalian pH darah, bisa menyebabkan salah satu dari 2 kelainan utama dalam keseimbangan asam basa, yaitu asidosis atau alkalosis. Asidosis adalah suatu keadaan dimana darah terlalu banyak mengandung asam (atau terlalu sedikit mengandung basa) dan sering menyebabkan menurunnya pH darah. Salah satu contoh asidosis adalah olahraga yang berlebihan. Alkalosis adalah suatu keadaan dimana darah terlalu banyak mengandung basa (atau terlalu sedikit mengandung asam) dan kadang menyebabkan meningkatnya pH darah. Salah satu contoh alkalosis adalah berada pada ketinggian.
Asidosis dan alkalosis bukan merupakan suatu penyakit tetapi lebih merupakan suatu akibat dari sejumlah penyakit. Terjadinya asidosis dan alkalosis merupakan petunjuk dari adanya masalah metabolisme yang serius.
b. Di dalam cairan sel tubuh terdapat sistem penyangga, yaitu asam dihidrogenfosfat dan basa konjugasinya berupa ion monohidrogen fosfat (H2PO4- & HPO42-). Campuran penyangga ini berperan juga dalam sistem pengeluaran ion H+ pada ginjal. Sistem ini bereaksi dengan asam dan basa sebagai berikut. H2PO4- (aq) + OH-(aq) HPO42- (aq) + H2O(l) H2PO4- (aq) HPO42- (aq) + H+(aq)
19
2. Dalam industri farmasi, larutan penyangga berperan untuk pembuatan obatobatan agar zat aktif dari obat tersebut mempunyai pH tertentu.
Larutan infus menggunakan prinsip penyangga untuk mempertahankan pH
Larutan
penyangga
juga
digunakan dalam obat tetes mata
3. Dalam
bidang
pertanian,
suatu
tanaman hidroponik memerlukan suatu mineral yang berupa larutan penyangga.
20
