Larutan Penyangga

Pengertian Larutan Penyangga

Larutan penyangga yaitu sebuah tata cara larutan yg dapat menjaga nilai pH larutan biar tak terjadi pergantian pH yg bermakna oleh karena penambahan asam atau basa maupun pengenceran. Larutan ini disebut pula dgn larutan buffer atau dapar.

Dalam kehidupan sehari-hari, terdapat berbagai reaksi kimia yg merupakan reaksi asam basa. Sebagai contoh, reaksi beberapa enzim pencernaan dlm sistem biologis. Enzim pepsin yg berfungsi memecah protein dlm lambung hanya dapat melakukan pekerjaan maksimal dlm situasi asam, yakni pada sekitar pH 2. Dengan kata lain, jika enzim berada pada kondisi pH yg jauh berlainan dr pH optimal tersebut, maka enzim dapat menjadi tak aktif bahkan rusak. Oleh karena itu, perlu ada sebuah metode yg menjaga nilai pH di mana enzim tersebut bekerja. Sistem untuk menjaga nilai pH inilah yg disebut dgn larutan penyangga. Hal ini terjadi sebagaimana dlm larutan ini terdapat zat-zat terlarut bersifat “penahan” yg terdiri dr unsur asam & basa. Komponen asam akan menahan peningkatan pH sedangkan bagian basa akan menahan penurunan pH.

Fungsi Larutan Penyangga

Larutan penyangga banyak dipakai dlm analisis kimia, biokimia & mikrobiologi. Selain itu, dlm bidang industri, pula banyak dipakai pada proses seperti fotografi, electroplating (penyepuhan), pembuatan bir, penyamakan kulit, sintesis zat warna, sintesis obat-obatan, maupun penanganan limbah.

Di dlm tubuh makhluk hidup pula terdapat larutan penyangga yg sangat berperan penting. Dalam kondisi wajar , pH darah insan yaitu 7,4. pH darah tak boleh turun di bawah 7,0 ataupun naik di atas 7,8 karena akan berakibat fatal bagi tubuh. pH darah dipertahankan pada 7,4 oleh larutan penyangga karbonat-bikarbonat (H₂CO₃/HCO₃⁻) dgn menjaga perbandingan fokus [H₂CO₃] : [HCO₃⁻] sama dgn 1 : 20. Selain itu, dlm cairan intra sel pula terdapat larutan penyangga dihidrogenfosfat-monohidrogenfosfat (H₂PO₄⁻/HPO₄²⁻). Larutan penyangga H₂PO₄⁻/HPO₄²⁻ pula terdapat dlm air ludah, yg berfungsi untuk menjaga pH verbal sekitar 6,8 dgn menghilangkan asam yg dihasilkan dr fermentasi sisa-sisa kuliner yg dapat merusak gigi.

Komponen Larutan Penyangga

Larutan penyangga asam

Larutan buffer asam mempertahankan pH pada situasi asam (pH < 7). Larutan buffer asam terdiri dr unsur asam lemah (HA) & basa konjugasinya (A⁻). Larutan seperti ini mampu diperoleh dengan:

1. mencampurkan asam lemah (HA) dgn garam basa konjugasinya (LA, yg mampu terionisasi menghasilkan ion A⁻)
2. mencampurkan sebuah asam lemah dlm jumlah berlebih dgn sebuah basa besar lengan berkuasa sehingga bereaksi menghasilkan garam basa konjugasi dr asam lemah tersebut.

Contoh: larutan penyangga yg mengandung CH₃COOH & CH₃COO⁻

Dalam larutan tersebut, terdapat kesetimbangan kimia:

CH₃COOH(aq) ⇌ CH₃COO⁻(aq) + H⁺(aq)

Pada penambahan asam (H⁺), kesetimbangan akan bergeser ke arah kiri, sehingga reaksi mengarah pada pembentukan CH₃COOH. Dengan kata lain, asam yg ditambahkan akan dinetralisasi oleh unsur basa konjugasi (CH₃COO⁻).

Pada penambahan basa (OH⁻), kesetimbangan akan bergeser ke arah kanan, yakni reaksi pembentukan CH₃COO⁻ & H⁺, sebagaimana untuk mempertahankan fokus ion H⁺ yg menjadi berkurang alasannya OH⁻ yg disertakan bereaksi dgn H⁺ membentuk H₂O. Dengan kata lain, basa yg disertakan akan dinetralisasi oleh komponen asam lemah (CH₃COOH).

Larutan penyangga basa

Larutan buffer basa mempertahankan pH pada suasana basa (pH > 7). Larutan buffer basa terdiri dr bagian basa lemah (B) & basa konjugasinya (BH⁺). Larutan mirip ini dapat diperoleh dengan:

1. mencampurkan basa lemah (B) dgn garam asam konjugasinya (BHX, yg dapat terionisasi menghasilkan ion BH⁺)
2. mencampurkan sebuah basa lemah dlm jumlah berlebih dgn suatu asam kuat sehingga bereaksi menciptakan garam asam konjugasi dr basa lemah tersebut.

Contoh: larutan penyangga yg mengandung NH₃ & NH₄⁺

Dalam larutan tersebut, terdapat kesetimbangan:

NH₃(aq) + H₂O(l) ⇌ NH₄⁺(aq) + OH⁻(aq)

Pada penambahan asam (H⁺), kesetimbangan akan bergeser ke arah kanan, yakni reaksi pembentukan NH₄⁺ & OH⁻, sebagaimana untuk menjaga fokus ion OH⁻ yg menjadi menyusut alasannya adalah H⁺ yg disertakan bereaksi dgn OH⁻ membentuk H₂O. Dengan kata lain, asam yg disertakan akan dinetralisasi oleh komponen basa lemah (NH₃).

Pada penambahan basa (OH⁻), kesetimbangan akan bergeser ke arah kiri, sehingga reaksi mengarah pada pembentukan NH₃ & air. Dengan kata lain, basa yg disertakan akan dinetralisasi oleh komponen asam konjugasi (NH₄⁺).

pH Larutan Penyangga

Larutan penyangga asam

Dalam larutan buffer asam yg mengandung CH₃COOH & CH₃COO⁻, terdapat kesetimbangan:

CH₃COOH(aq) ⇌ CH₃COO⁻(aq) + H⁺(aq)

Setelah disusun ulang, persamaan pH larutan di atas akan menjadi persamaan larutan penyangga yg dikenal sebagai persamaan Henderson – Hasselbalch sebagaimana persamaan berikut ini:

Jika a = jumlah mol asam lemah, g = jumlah mol basa konjugasi, & V = volum larutan penyangga,

Larutan penyangga basa

Dalam larutan buffer basa yg mengandung NH₃ & NH₄⁺, terdapat kesetimbangan:

NH₃(aq) + H₂O(l) ⇌ NH₄⁺(aq) + OH⁻(aq)

Jika b = jumlah mol basa lemah, g = jumlah mol asam konjugasi, & V = volum larutan penyangga,

Contoh Soal Larutan Penyangga

Tentukan pH larutan penyangga yg dibentuk dgn mencampurkan:

a. 10 mL larutan CH₃COOH 0,1 M dgn 10 mL larutan CH₃COONa 1 M

b. 20 mL larutan CH₃COOH 0,1 M dgn 10 mL larutan KOH 0,1 M

c. 40 mL larutan NH₃ 0,1 M dgn 4 mL larutan NH₄Cl 0,1 M

K_a CH₃COOH = 1 × 10⁻⁵; K_b NH₃ = 1 × 10⁻⁵

Jawab:

a. Larutan penyangga dgn CH₃COOH selaku asam lemah & CH₃COONa sebagai garam basa konjugasi

a = mol CH₃COOH = 10 mL × 0,1 mmol/mL = 1 mmol

g = mol CH₃COO⁻ = mol CH₃COONa = 10 mL × 1 mmol/mL = 10 mmol

b. 10 mL larutan basa berpengaruh KOH 0,1 M (1 mmol KOH) akan bereaksi dgn 20 mL larutan asam lemah CH₃COOH 0,1 M (2 mmol CH₃COOH) menciptakan air & garam basa konjugasi CH₃COOK.

CH₃COOH(aq) + OH⁻(aq)  ⇌  CH₃COO⁻(aq) + H₂O(l)

c. Larutan penyangga dgn NH₃ sebagai basa lemah & NH₄Cl selaku garam asam konjugasi

b = mol NH₃ = 40 mL × 0,1 mmol/mL = 4 mmol

g = mol NH₄⁺ = mol NH₄Cl = 4 mL × 0,1 mmol/mL = 0,4 mmol

Referensi:

Brown, Theodore L. et al. 2015. Chemistry: The Central Science (13^th edition). New Jersey: Pearson Education, Inc.

Lew, Kristi. 2009. Essential Chemistry: Acids and Bases. New York: Chelsea House.

McMurry, John E., Fay, Robert C., & Robinson, Jill K. 2016. Chemistry (7^th edition). New Jersey: Pearson Education, Inc.

Petrucci, Ralph H. et al. 2017. General Chemistry: Principles and Modern Applications (11^th edition). Toronto: Pearson Canada Inc.

Purba, Michael. 2006. Kimia 2B untuk SMA Kelas XI. Jakarta: Erlangga.

Retnowati, Priscilla. 2005. SeribuPena Kimia SMA Kelas XI Jilid 2. Jakarta: Erlangga.

Artikel: Larutan Penyangga

Kontributor: Nirwan Susianto

Alumni Kimia FMIPA UI

Materi Wargamasyarakat.org lainnya:

1. Laju Reaksi
2. Struktur Atom
3. Konfigurasi Elektron