Materi Kimia Kelas XI - Larutan Penyangga

LARUTAN PENYANGGA

3.12   Menjelaskan prinsip kerja, perhitungan pH, dan peran larutan penyangga
          dalam tubuh makhluk hidup

• Mengidentifikasi pH  larutan penyangga ketika diencerkan, ditambah sedikit asam atau ditambah sedikit basa
• Memahami penjelasan  tentang cara membuat larutan penyangga dengan pH tertentu
• Menentukan pH larutan penyangga
• Membahas peranan larutan penyangga dalam tubuh makhluk hidup dan industri.

Pengertian Larutan Buffer

Larutan penyangga (buffer) adalah larutan yang dapat menjaga (mempertahankan) pH-nya dari penambahan asam, basa, maupun pengenceran oleh air . pH larutan buffer  tidak berubah (konstan) setelah penambahan sejumlah asam, basa, maupun air. Larutan buffer mampu menetralkan penambahan asam maupun basa dari luar.

Larutan penyangga atau yang disebut juga larutan buffer atau larutan dapar merupakan larutan yang bisa mempertahankan nilai pH meskipun ditambah sedikit asam, sedikit basa, atau sedikit air (pengenceran). Hal ini dikarenakan karena larutan penyangga mengandung zat terlarut bersifat “penyangga“ yang terdiri atas komponen asam dan basa. Komponen asam berfungsi menahan kenaikan pH, sedangkan komponen basa berfungsi menahan penurunan pH.

Laruat buffer atau larutan penyangga adalah suatu larutan yang terdiri dari:

Campuran asam lemah dengan garamnya.

Contoh: Campuran dari larutan CH3COOH (asam lemah) dan larutan CH3COONa (basa konjugasi) membentuk larutan buffer asam, dengan reaksi:

CH₃COOH + NaOH → CH₃COONa + H₂O

Campuran basa lemah dengan garamnya.

Contoh: Campuran dari larutan NH4OH (basa lemah) dan larutan NH4CL (asam konjugasi) membentuk  larutan buffer basa, dengan reaksi:

NH₄OH + HCl → NH₄CL + H₂O

Macam Larutan Buffer

Komponen Larutan Buffer / Penyangga Terbagi Menjadi:

1. Larutan Penyangga Asam

Larutan penyangga asam merupakan campuran asam lemah dengan basa konjugasinya, larutan penyangga asam memiliki nilai pH kurang dari 7, Contohnya:

CH₃COOH (asam lemah) dan CH₃COO⁻ (basa konjugasinya).

Dikarenakan dalam suatu larutan mengandung CH₃COOH (asam lemah) dan dan CH₃COO⁻(basa konjugasinya), sehingga rumusnya sebagai berikut:

pH = pKa – log a/g

Keterangan :   Ka = Tetapan ionisasi asam lemah

                         a  = jumlah mol asam lemah

                         g  = jumlah mol basa konjugasi

2. Larutan Penyangga Basa

Larutan penyangga basa merupakan campuran basa lemah dan asam konjugasinya. Larutan penyangga basa memiliki nilai pH lebih besar dari 7, Contohnya:

NH₃ (basa lemah) dan NH₄⁺ (asam konjugasinya).

Dikarenakan dalam suatu larutan mengandung NH₃ (basa lemah) dan NH₄+ (asam konjugasinya), sehingga rumusnya sebagai berikut:

pOH = pKb – log b/g

Keterangan :   Ka = Tetapan ionisasi basa lemah

                        b   = jumlah mol basa lemah

                        g   = jumlah mol asam konjugasi

kemudian menentukan nilai pH dengan cara:

pH = 14 - pOH

Sifat Larutan Buffer

•     Mampu mempertahankan pH walaupun ditambah sedikit asam kuat maupun basa kuat.

•     Pengenceran pada larutan penyangga, tidak akan merubah pH.

•     Semakin banyak jumlah mol nya, maka semakin kuat juga dalam mempertahankan pH.

•     Pada suhu yang tetap atau tidak berubah, nilai Ka selalu tetap.

•     Campuran garam dan asam mempunyai pH yang setabil andai pH campuran terletak antara pKa-1 dan pKa+1

Rumus Larutan Peyangga

Larutan Penyangga Asam

Dapat digunakan tetapan ionisasi dalam menentukan konsentrasi ion H+ dalam suatu larutan dengan rumus berikut:

Larutan Penyangga Basa

Dapat digunakan tetapan ionisasi dalam menentukan konsentrasi ion H+ dalam suatu larutan dengan rumus berikut:

Kapasitas Larutan Penyangga

Pada dasarnya, larutan penyangga memegang peranan penting untuk mempertahankan pH dalam rentang tertentu. Artinya, semakin besar kemampuan larutan penyangga untuk mempertahankan pH, semakin baik pula kualitasnya. Nah, kemampuan larutan penyangga untuk mempertahankan pH inilah yang disebut sebagai kapasitas larutan penyangga. Terdapat dua faktor yang memengaruhi kapasitas larutan penyangga, yaitu sebagai berikut.

1. Jumlah mol

Semakin besar jumlah mol asam/basa dan asam konjugasi/basa konjugasi, semakin besar pula kemampuan larutan untuk mempertahankan pH. Contohnya, 2 mol CH₃COOH dan 2 mol CH₃COONa memiliki kapasitas larutan penyangga lebih besar daripada 1 mol CH₃COOH dan 1 mol CH₃COONa.

2. Perbandingan jumlah mol

Perbandingan jumlah mol juga memegang peranan penting untuk menentukan kapasitas larutan penyangga. Semakin besar perbandingannya, semakin baik sifat larutan penyangga tersebut. Sebagai contoh, yaitu kapasitas larutan penyangga 1 mol CH₃COOH dan 1 mol CH₃COONa lebih besar daripada 1 mol CH₃COOH dan 2 mol CH₃COONa. Hal itu dikarenakan perbandingan jumlah 1 mol CH₃COOH dan 1 mol CH₃COONa adalah 1 : 1 (bernilai 1), sedangkan 1 mol CH₃COOH dan 2 mol CH₃COONa adalah 1 : 2 (bernilai 0,5).

Sampai sini, semakin paham kan Quipperian? Selanjutnya, akan dijelaskan cara kerja larutan penyangga, sehingga diharapkan mampu menjawab pertanyaan Quipperian, mengapa kok larutan penyangga bisa mempertahankan pH dalam larutan.

Fungsi Larutan Buffer

Adanya larutan buffer ini dapat kita lihat dalam kehidupan sehari-hari seperti pada obat-obatan, fotografi, industri kulit dan zat warna. Selain aplikasi tersebut, terdapat Fungsi penerapan konsep larutan penyangga ini dalam tubuh manusia seperti pada cairan tubuh.

•     Cairan tubuh ini bisa dalam cairan intrasel maupun cairan ekstrasel. Dimana sistem penyangga utama dalam cairan intraselnya seperti H₂PO₄^– dan HPO₄^2- yang dapat bereaksi dengan suatu asam dan basa. Adapun sistem penyangga tersebut, dapat menjaga pH darah yang hampir konstan yaitu sekitar 7,4.

•     Menjaga pH pada plasma darah agar berada pada pH berkisar 7,35 – 7,45, yaitu dari ion HCO3–denganion Na+. Apabila pH darah lebih dari 7,45 akan mengalami alkalosis, akibatnya terjadi hiperventilasi / bernapas berlebihan, mutah hebat. Apabila pH darah kurang dari 7,35 akan mengalami acidosis akibatnya jantung, ginjal ,hati dan pencernaan akan terganggu.

•     Menjaga pH makanan olahan dalam kaleng agar tidak mudah rusak/teroksidasi (asambenzoat dengan natrium benzoat).

•     Selain itu penerapan larutan buffer ini dapat kita temui dalam kehidupan sehari-hari seperti pada obat tetes mata.

Contoh Soal :

1. Pernyataan yang benar tentang larutan penyangga adalah ….

a. mempertahankan pH sistem agar tetap

b. memiliki komponen asam dan basa yang selalu berupa pasangan konjugasi

c. mampu mengatasi penambahan asam dan basa dalam jumlah banyak

d. memiliki kapasitas tertentu

e. pengenceran tidak mengubah konsentrasi ion H+ dan OH–

Jawaban : A

Pembahasan:

Larutan penyangga atau larutan buffer adalah larutan yang mampu mempertahankan pH pada kisarannya apabila terjadi upaya untuk menaikkan atau menurunkan pH akibat penambahan sedikit asam, sedikit basa, atau pengenceran.

2. Yang merupakan larutan penyangga adalah ….

a. CH₃COOH/CHOOH

b. CHOO^–/CH3COO^–  

c. HCl/Cl^–

d. NH₃/NH₄OH

e. HOCl/OCl^–

Jawaban : E

Pembahasan :

Penyangga itu ada dua jenis yaitu penyangga asam (komponennya : asam lemah + basa konjugasinya) dan penyangga basa (komponennya : basa lemah + asam konjugasinya).

Asam lemah/asam lemah

Basa konjugasi/basa konjugasi

Asam kuat/ion

Basa lemah/basa lemah

Asam lemah/basa konjugasi

3. Pada penambahan sedikit basa pada larutan penyangga HOCl/OCl^– menyebabkan ….

a. [HOCl] berkurang

b. [OCl^–]tetap

c. [HOCl]/ [OCl^–] bertambah

d. pH sistem tetap

e. larutan menjadi basa

(KIMIA SMA XI. J.M.C. Johari, MSc.dan Ir. M. Rachmawati, MPhil. Esis. 2009 .h. 265)

Jawaban : D

Pembahasan :

Penyangga itu ada dua jenis yaitu penyangga asam (komponennya : asam lemah + basa konjugasinya) dan penyangga basa (komponennya : basa lemah + asam konjugasinya). HOCl merupakan asam lemah sedangkan OCl^– merupakan basa konjugasi. Hal ini merupakan larutan penyangga.

Larutan penyangga atau larutan buffer adalah larutan yang mampu mempertahankan pH pada kisarannya apabila terjadi upaya untuk menaikkan atau menurunkan pH akibat penambahan sedikit asam, sedikit basa, atau pengenceran.

4. Larutan penyangga dapat dibuat dengan pencampuran berikut, kecuali ….

a. asam lemah berlebih dan basa kuat

b. basa lemah dan garamnya

c. garam asam lemah berlebih dan asam kuat

d. asam lemah dan basa lemah

e. basa lemah dan asam konjugasinya

Jawaban : D

Pembahasan :

Larutan penyangga yang mengandung komponen asam dan basa berupa pasangan konjugasi, dapat disiapkan sebagai berikut:

asam lemah berlebih dan basa kuat, contoh : CH₃COOH/CH₃COO^– dari CH₃COOH berlebih dengan NaOH.

Basa lemah dan garamnya, contoh : NH₃/NH₄⁺ dari NH₃ dengan NH₄Cl.

garam asam lemah berlebih dan asam kuat, contoh : CH₃COOH/CH₃COO^– dari CH₃COONa berlebih dengan HCl.

basa lemah dan asam konjugasinya, contoh : NH₄OH dengan NH₄⁺.

5. Campuran di bawah ini merupakan komponen larutan penyangga, kecuali ….

a. NH₄Cl dan NH₃                        

b. CH₃COONa dan CH₃COOH

c. CH₃COOH dan NaOH

d. NaOH dan NaHCO₃

e. NaOH dan HCl

(KIMIA SMA XI. J.M.C. Johari, MSc.dan Ir. M. Rachmawati, MPhil. Esis. 2009 .h. 266)

Jawaban : E

Pembahasan :

Penyangga itu ada dua jenis yaitu penyangga asam (komponennya : asam lemah + basa konjugasinya) dan penyangga basa (komponennya : basa lemah + asam konjugasinya).

Komponen penyangga asam dapat dibuat dari campuran asam lemah + basa kuat atau asam lemah + garamnya dan komponen penyangga basa dapat dibuat dari campuran basa lemah + asam kuat atau basa lemah + garamnya.

NH₄Cl dan NH₃ = basa lemah + garamnya (penyangga)

CH₃COONa dan CH₃COOH = garam + asam lemah (penyangga)

CH₃COOH dan NaOH = asam lemah + basa kuat (penyangga)

NaOH dan NaHCO₃ = basa kuat + garam (penyangga)

NaOH dan HCl = basa kuat + asam kuat (bukan penyangga)

6. Pasangan larutan berikut ini yang menghasilkan larutan penyangga adalah ….

a. 100 mL NH4OH 0,2 M + 100 mL HCl 0,1 M

b. 100 mL NH4OH 0,2 M + 100 mL HCl 0,3 M

c. 100 mL NaOH 0,2 M + 100 mL CH3COOH 0,2 M

d. 100 mL NaOH 0,2 M + 100 mL HCN 0,1 M

e. 100 mL NaOH 0,2 M + 100 mL HCN 0,2 M

(KIMIA SMA XI. Nana Sutresna. Grafindo. 2013 .h. 274)

Jawaban : A

Pembahasan  :

Asam-asam maupun basa yang terlibat memiliki valensi yang sama, satu. Tinggal dilihat dari masing-masing campuran perbandingan molnya untuk melihat ada tidaknya sisa dari asam lemah atau basa lemahnya.