BAHAN AJAR LARUTAN PENYANGGA EGIT TIANA P.N D i s u s u n o l e h :
LARUTAN PENYANGGA Pengertian Larutan Penyangga Larutan penyangga adalah larutan untuk mempertahankan dan menjaga keseimbangan asam atau pH. Larutan penyangga merupakan larutan yang pH nya tidak akan berubah sedikitpun meski ditambahkan air. Selain itu, meski ditambah asam atau basa, pH nya berubah sedikit atau tidak berubah secara signifikan. Sifat larutan penyangga dapat membantu tubuh manusia untuk mempertahan pH meski diberi penambahan zat asam atau basa. Dengan derajat keasaman yang stabil maka tubuh dapat menjalankan fungsinya dan terhindar dari ancaman penyakit. Dari penjelasan di atas, dapat kita simpulkan bahwa larutan penyangga adalah larutan yang mampu mempertahankan pH tertentu dari bahan yang mengubah pH, seperti penambahan asam, basa, ataupun pengenceran. Secara umum larutan penyangga dapat dibuat dengan mencampurkan asam lemah dengan basa konjugasinya (garam dari asam lemah tersebut) atau basa lemah dengan asam konjugasinya (garam dari basa lemah tersebut). Larutan itu mempunyai sifat berbeda dengan komponen-komponen pembentuknya. Jika larutan yang merupakan campuran asam asetat (CH3COOH) dan natrium asetat (CH3COONa) ditambah sedikit asam atau basa, atau diencerkan maka pH larutan tersebut tidak berubah. Larutan campuran itu disebut larutan penyangga atau larutan dapar atau larutan buffer. Demikian juga, apabila suatu larutan dibuat dengan mencampurkan amoniak NH3 dan amonium klorida (NH4Cl) akan menghasilkan larutan penyangga. Komponen Larutan Penyangga Laruan penyangga terdiri dari campuran-campuran berikut. a. Asam lemah dengan basa konjugasinya. Contoh: CH3COOH dan CH3COOb. Basa lemah dengan asam konjugasinya. Contoh: NH3 dan NH4 + Prinsip Kerja Larutan Penyangga Bagaimana larutan penyangga dapat mempertahankan harga pH jika ke dalam larutan ditambahkan sedikit asam kuat atau basa kuat? a. Asam lemah dengan basa konjugasinya Misalnya, ke dalam larutan campuran CH3COOH dan CH3COOditambahkan sedikit asam atau basa. Hal yang terjadi ialah sebagai berikut.
1) Jika ditambahkan asam maka ion H+ dari asam akan bereaksi dengan ion CH3COOmembentuk CH3COOH, menurut reaksi: CH3COO- (aq) + H+ (aq) CH3COOH(aq) sehingga, harga pH tetap. 2) Jika ditambahkan basa, ion OHakan dinetralkan oleh CH3COOH menurut reaksi: CH3COOH(aq) + OH- (aq) CH3COO- (aq) + H2O(ℓ) sehingga, harga pH tetap. b. Basa lemah dengan asam konjugasinya Misalnya ke dalam larutan campuran NH3 dan NH4 + ditambahkan sedikit asam atau basa. Hal yang terjadi ialah sebagai berikut. 1) Jika ditambahkan asam maka ion H+ akan dinetralkan oleh basa, menurut reaksi: NH3(aq) + H+ (aq) NH4 + (aq) sehingga, harga pH tetap. 2) Jika yang ditambahkan basa maka ion OHakan bereaksi dengan ion NH4 + sebagai berikut. NH4 + (aq) + OH- (aq) NH3(aq) + H2O(ℓ) sehingga, harga pH tetap. Sifat Larutan Penyangga Sifat larutan penyangga ialah harga pH tetap jika: a. kedalam larutan ditambahkan sedikit asam atau basa, b. larutan diencerkan. Perhatikan hasil pengamatan penambahan sedikit asam atau basa ke dalam larutan penyangga serta pengenceran larutan penyangga, seperti pada tabel 2.1! Tabel 2.1. Penambahan sedikit asam atau basa serta pengenceran Pereaksi pH mula-mula pH setelah penambahan 10 mL HCl 1 M 10 mL NaOH 1 M Air CH3COOH 0,1 M + CH3COONa 0,1 M 4,76 4,75 4,78 4,76 NH3(aq) 0,1 M + NH4Cl 0,1 M 9 8,82 8,88 9
Dari hasil pengamatan dapat diketahui bahwa penambahan sedikit asam atau basa dan pengenceran hampir tidak mengubah pH larutan penyangga. Bandingkan jika pereaksi adalah larutan bukan penyangga, misalnya asam, basa atau garam. Fungsi Larutan Penyangga a. Dalam tubuh makhluk hidup Dalam tubuh manusia terdapat sistem penyangga yang berfungsi untuk mempertahankan harg pH. Misalnya ialah sebagai berikut. 1) Dalam darah terdapat sistem penyangga antara asam karbonat (H2CO3) dengan basa konjugasinya, yaitu ion karbonat (HCO3 - ) yang menjaga pH darah hampir konstan, sekitar 7,4. Jika pH darah turun sampai 7,0 atau naik sampai 7,8, akan menyebabkan kematian karena organ tubuh mengalami kerusakan permanen. 2) Dalam cairan sel tubuh terdapat sistem penyangga antara asam dihidrogen fosfat (H2PO4 - ) dengan basa konjugasinya ion monohidrogen fosfat (HPO4 2- ) yang berperan sebagai donor dan akseptor proton (ion H+ ) pada ginjal. b. Dalam kehidupan sehari-hari Larutan penyangga dalam kehidupan sehari-hari digunakan dalam berbagai bidang seperti biokimia, bakteriologi, kimia analisis, industri farmasi juga dalam fotografi dan zat warna. Dalam industri farmasi, larutan penyangga digunakan pada pembuatan obat-obatan agar obat tersebut mempunyai pH tertentu dan tidak berubah. Menentukan [H+ ] dan [OH- ] Larutan Penyangga a. Larutan penyangga dari asam lemah dan basa konjugasinya Contoh larutan penyangga dari asam lemah dan basa konjugasinya ialah larutan yang dibuat dengan mencampurkan larutan asam asetat (CH3COOH) dengan larutan garam natrium asetat (CH3COONa). Dalam larutan, campuran tersebut terionisasi sebagai berikut. CH3COOH(aq) H + (aq) + CH3COO- (aq) CH3COONa(aq) Na+ (aq) + CH3COO- (aq) Asam asetat adalah asam lemah. Tetapan ionisasi untuk reaksi ionisasi asam asetat ialah: Ka = [ ] [ ][ ] 3 3 CH COOH CH COO H 2.1 Asam asetat hanya sedikit terionisasi, sedangkan natrium asetat terionisasi sempurna. Ion CH3COOdari garam mengakibatkan kesetimbangan asam bergeser ke kiri, sehingga asam asetat yang mengion semakin kecil.
Untuk memudahkan, konsentrasi asam asetat dalam larutan dianggap tetap dan ion CH3COOdianggap hanya berasal dari garam, sedangkan CH3COOyang berasal dari asam asetat diabaikan. Sehingga persamaan 2.1 di atas dapat ditulis: 2.2 Jadi persamaan 2.2 dapat ditulis: Keterangan: Ka = tetapan ionisasi asam lemah a = jumlah mol asam lemah g = jumlah mol garam/basa konjugasi b. Larutan penyangga dari basa lemah dan asam konjugasinya Contoh larutan penyangga dari basa lemah dan asam konjugasinya ialah larutan yang dibuat dengan mencampurkan larutan basa amonia (NH3) dengan larutan garam amonium klorida (NH4Cl). Campuran itu akan terionisasi sebagai berikut. NH3(aq) + H2O(ℓ) NH4 + (aq) + OH- (aq) NH4Cl(aq) NH4 + (aq) + Cl- (aq) Tetapan ionisasi basa lemah NH3 adalah: Kb = [ ] [ ][ ] 3 4 NH NH OH 2.3 konsentrasi H2O dianggap konstan. Dalam larutan, ion NH4 + dianggap hanya berasal dari garam, sedangkan konsentrasi NH3 dianggap tetap, karena pengaruh NH4 + dari NH4Cl menyebabkan kesetimbangan bergeser ke pihak NH3. Sehingga persamaan 2.3 dapat dituliskan: 2.4 Ka = atau [H+ ]= Ka . [] [] [H+ ]= Ka . Kb = atau [OH- ]= Kb .
Karena volume larutan adalah volume campuran basa dan garam, maka persamaan 2.4 menjadi: Keterangan: Kb = tetapan ionisasi basa lemah b = jumlah mol basa lemah g = jumlah mol garam/asam konjugasi [OH- ]= Kb .