LARUTAN PENYANGGA (BUFFER)

Larutan penyangga

• Larutan penyangga atau larutan buffer adalah larutan yang pH-nya praktis tidak berubah walaupun kepadanya ditambahkan sedikit asam, sedikit basa, atau bila larutan diencerkan.

• Larutan penyangga mengandung campuran asam lemah dan basa konjugasinya atau basa lemah dan asam konjugasinya.

Larutan penyangga dibedakan atas 2 :

• larutan penyangga asam yang mempertahankan pH pada daerah asam (pH < 7)

• larutan penyangga basa yang mempertahankan pH pada daerah basa (pH > 7).

Larutan penyangga asam

• Larutan penyangga asam merupakan campuran asam lemah dengan basa konjugasi (garam)nya.

• Contoh :

• Larutan buffernya campuran CH3COOH (asam lemah) dan CH3COO- (garam atau basa konjugasi)

Larutan penyangga basa

• Larutan penyangga basa merupakan campuran basa lemah dengan asam konjugasi (garam)nya.

• Contoh :

• Larutan buffernya campuran NH3 (basa lemah) dan NH4

+ (garam atau asam konjugasi)

Cara kerja buffer asam

• Contoh larutan penyangga asam: CH3COOH dan CH3COO-

• Dalam larutan terjadi kesetimbangan :

CH3COOH CH3COO- + H+

• Penambahan asam : akan menggeser kesetimbangan ke kiri, ion H+ yang ditambahkan akan bereaksi dengan CH3COO- membentuk CH3COOH ;

CH3COO- + H+ CH3COOH

• Penambahan basa : ion OH- dari basa akan bereaksi dengan ion H+ membentuk air, sehingga kesetimbangan bergeser ke kanan dan konsentrasi ion H+ dapat dipertahankan. Jadi basa yang ditambahkan akan praktis bereaksi dengan CH3COOH membentuk CH3COO- dan air :

CH3COOH + OH- CH3COO- + H2O

Cara kerja buffer basa

• Contoh larutan penyangga basa : NH3 dan NH4+

• Dalam larutan kesetimbangan :

NH3 + H2O NH4+ + OH-

• Penambahan asam : Asam yang ditambahkan bereaksi dengan NH3 membentuk NH4

+.

NH3 + H+ NH4+

• Penambahan basa : penambahan basa akan menggeser kesetimbangan ke kiri sehingga konsentrasi ion OH- dapat dipertahankan. Basa yang ditambahkan bereaksi dengan asam (dalam hal ini NH4

+) membentuk basa (NH3) dan air.

NH4+ + OH- NH3 + H2O

Latihan

• Bagaimana cara kerja larutan buffer H2CO3-HCO3

- dalam menjaga pH darah tetap 7,4 ?

Menghitung pH larutan buffer

• pH larutan penyangga bergantung pada Ka asam lemah atau Kb basa lemah serta perbandingan konsentrasi asam dengan konsentrasi basa konjugasi atau konsentrasi basa dengan asam konjugasi dalam larutan tersebut.

Larutan penyangga asam

• Misalnya larutan penyangga CH3COOH dan NaCH3COO. Asam asetat akan terurai sesuai reaksi :

CH3COOH CH3COO- + H+

dengan Ka = tetapan ionisasi asam lemah

a = jumlah mol asam lemah

g = jumlah mol garam (basa konjugasi)

a[H ] K x a

g

apH pK - log a

g

Contoh soal

Contoh :

pH larutan penyangga yang dibuat dari 50 ml CH3COOH 0,1 M dengan 50 ml NaCH3COO 0,1 M (Ka CH3COOH = 1,8 x 10-5) adalah :

• mol CH3COOH = V x M = 50 ml x 0,1 mmol/ml = 5 mmol

• mol NaCH3COO = V x M = 50 ml x 0,1 mmol/ml = 5 mmol

Larutan penyangga basa

dengan Kb = tetapan ionisasi basa lemah

b = jumlah mol basa lemah

g = jumlah mol garam (asam konjugasi)

b[OH ] K x b

g

bpOH pK - log b

g

Contoh soal

Contoh :

pH larutan penyangga yang dibuat dari 50 ml NH3 0,1 M dengan 50 ml NH4Cl 0,1 M (Kb NH3 = 1,8 x 10-5) adalah :

• mol NH3 = V x M = 50 ml x 0,1 mmol/ml = 5 mmol

• mol NH4Cl = V x M = 50 ml x 0,1 mmol/ml = 5 mmol

• pH = 14 – pOH = 14 – (5 – log 1,8) = 9+log 1,8

Kapasitas (daya penahan) larutan penyangga

• Kapasitas atau daya penahan larutan penyangga bergantung pada jumlah mol dan perbandingan mol dari komponen penyangga.

• Jumlah mol komponen penyangga

Makin banyak jumlah mol komponen penyangga, makin besar kemampuan mempertahankan pH.

• Perbandingan mol komponen penyangga

Perbandingan mol antara komponen-komponen suatu larutan penyangga sebaiknya antara 0,1 hingga 10. Di luar perbandingan tersebut maka sifat penyangganya akan berkurang

• Contoh : Perbandingan konsentrasi HCO3

- terhadap H2CO3 yang diperlukan untuk menjadikan pH = 7,4 adalah 20:1.

Fungsi larutan penyangga

• Larutan penyangga digunakan dalam kimia analitik, biokimia, bakteriologi, fotografi industri kulit dan zat warna.

• Cairan tubuh, baik intrasel maupun cairan luar sel, merupakan larutan penyangga.

• Sistem penyangga yang utama dalam cairan intrasel adalah pasangan asam basa konjugasi H2PO4

- – HPO42 :

HPO42-(aq) + H+(aq) H2PO4

-(aq)

H2PO4-(aq) + OH-(aq) HPO4

2-(aq) + H2O(l)

• Sistem penyangga cairan luar sel (darah) adalah pasangan asam basa konjugasi H2CO3 – HCO3

-. Larutan penyangga tersebut menjaga pH darah hampir konstan, yaitu sekitar 7,4.

H2CO3(aq) + OH-(aq) HCO3-(aq) + H2O(l)

HCO3-(aq) + H+(aq) H2CO3(aq)

• Apabila mekanisme pengaturan pH darah gagal, terjadi penurunan pH (asidosis) atau peningkatan pH ke atas 7,8 (alkalosis)

Latihan

• Larutan 25 ml CH3COOH 0,2 M (Ka = 10-5) dicampurkan dengan 25 ml NaOH 0,1 M, maka harga pH larutan yang terjadi …

Homework

• Ke dalam larutan basa lemah LOH ditambahkan padatan L2SO4 sehingga konsentrasi LOH 0,1 M dan konsentrasi L2SO4 0,05 M. Bila Kb LOH = 10-5 maka pH campuran …

Jawab :

• Campuran LOH (basa lemah) dan L2SO4 (garamnya) merupakan larutan buffer basa.

• Mol basa = M x V = 0,1 x V = 0,1 mol, misal V =1

• Mol garam = M x V x valensi = 0,05 x V x 2 = 0,1 mol

• pOH = 5, sehingga pH = 14 – 5 = 9

b 0,15 5[OH ] Kb x 10 x 10g 2x0,05

Latihan

• Untuk membuat larutan penyangga yang mempunyai pH = 4, ke dalam 100 ml larutan CH3COOH 0,5 M (Ka = 10-5) harus ditambahkan larutan CH3COONa 0,5 M sebanyak … ml

Homework

• 100 mL HCOOH 0,01 M dicampur dengan 100 mL HCOONa 0,005 M. Campuran tersebut ditambahkan air sehingga volumenya 500 mL. Jika Ka HCOOH adalah 1,8 x 10-4, hitung pH campuran !

Homework

• Ke dalam 100 ml larutan NH3 0,1 M ditambahkan 100 ml larutan (NH4)2SO4 0,1 M. Kemudian ke dalam campuran ditambah lagi 20 ml larutan HCl 0,1 M. pH larutan menjadi … (log 9 = 0,95, log 7,7 = 0,89; Kb = 1,8 x 10-5)

• Campuran NH3 dan (NH4)2SO4 merupakan larutan buffer basa.

• = = 9 x 10-6

• pOH = 6 – log 9, sehingga pH = 14 – (6 – log 9) = 8 + log 9 = 8,95

• setelah ditambahkan 20 ml HCl 0,1 M :

mol HCl (H+) = 20 ml x 0,1 mmol/ml = 2 mmol

reaksi yang terjadi setelah penambahan :

NH3 + H+ NH4+

Mula 10 mmol 2 mmol 20 mmol

Reaksi 2 mmol 2 mmol 2 mmol

Akhir 8 mmol - 22 mmol

b[OH ] Kb x

g

(100mlx0,1mmol/L)51,8x10 x 2x(100mlx0,1mmol/L)

• = = 6,72 x 10-6

• pOH = 6 – log 6,72, sehingga pH = 14 – (6

– log 6,72) = 8 + log 6,72 = 8,83

b[OH ] Kb x

g

851,8x10 x 22