A. Pengertian Larutan Penyangga (Buffer)
Apakah yang dimaksud dengan larutan penyangga atau larutan buffer itu? larutan penyangga atau bisa disebut juga sebagai larutan buffer adalah suatu larutan yang dapat mempertahankan harga pH tertentu dengan cara mengubah pH seperti penambahan asam, basa, atau dengan cara pengenceran. Walaupun dilakukan cara penambahan sedikit asam, basa, ataupun pengenceran, pH larutan penyangga praktik tidak berubah. Contoh larutan penyangga adalah air laut. Misalnya, apabila 0,1 mL larutan HCl 1M ditambahkan dalam 1 L air suling, pH nya akan berubah dari awalnya 7 menjadi 4. Apabila HCl yang sama banyak ditambahkan dalam satu L air laut, perbedaan pH nya berubah lebih kecil yaitu, 8,2 menjadi 7,6.
B. Komponen Larutan Penyangga
Larutan penyangga tersusun atas campuran asam lemah dan basa konjugasinya atau basa lemah dan asam konjugasinya. Larutan penyangga dibedakan menjadi dua yaitu, larutan penyangga asam dan larutan penyangga basa. Kegunaan larutan penyangga asam dapat mempertahankan pH pada daerah asam (pH < 7), sedangkan kegunaan larutan penyangga basa dapat mempertahankan pH pada daerah basa (pH > 7).
a. Larutan Penyangga Asam
Larutan penyangga asam yaitu suatu larutan yang mengandung campuran asam lemah (HA) dan basa konjugasinya (A–). Larutan penyangga asam dapat dibuat dengan berbagai macam cara, misalnya:
- Mencampurkan asam lemah dengan garam (, garam LA dapat menghasilkan ion (A–) yang merupakan basa konjugasi dari asam.
Contoh:
– H2CO3 + NaHCO3 (komponen buffernya: H2CO3 dan HCO3–)
– CH3COOH + NaCH3COO (komponen buffernya: CH3COOH dan CH3COO–)
– NaH2PO4 + Na2HPO4 (komponen buffernya: H2PO4– dan HPO42–) - Mencampurkan asam lemah dengan basa kuat yang mana jumlah campuran asam lemah lebih banyak dibandingkan dengan campuran basa kuat dan campuran ini akan menghasilkan garam yang mengandung basa konjugasi dari asam lemah yang bersangkutan.
Contoh:
100 mL larutan CH3COOH 0,1 M + 50 mL NaOH 0,1 M
Jumlah Mol CH3COOH = 100 mL x 0,1 mmol/mL = 10 mmol
Jumlah mol NaOH = 50 mL x 0,1 mmol/mL = 5 mmol
Campuran tersebut akan bereaksi menghasilkan 5 mmol NaCHCOO, sedangkan CH3COOH bersisa 5 mmol, dengan rincian seperti berikut:
CH3COOH (aq) + NaOH (aq) → NaCH3COO (aq) + H2O (l)
atau reaksi ion
CH3COOH (aq) + OH–→ CH3COO– (aq) + H2O (l)
mula-mula = 10 mmol 5 mmol –
reaksi = -5 mmol 5 mmol +5mmol
akhir = 5 mmol – 5 mmol
Campuran diatas merupakan campuran buffer dikarenakan mengandung CH3COO– (asam lemah) dan CH3COO (basa konjugasi dari CH3COOH).
b. Larutan Penyangga Basa
Larutan penyangga basa yaitu suatu larutan yang mengandung campuran basa lemah (B) dan asam konjugasinya (H+). Proses pembuatan larutan penyangga basa dapat dilakukan dengan proses yang serupa dengan proses pembuatan larutan penyangga asam.
- Mencampur suatu basa lemah dengan garamnya.
Contoh:
Larutan NH3 + NH4Cl (komponen buffernya: NH3 dan NH4+) - Mencampurkan suatu basa lemah dengan asam kuat yang mana jumlah campuran basa lemah lebih banyak dibandingkan dengan campuran asam kuatnya dan dari campuran ini akan menghasilkan garam yang mengandung asam konjugasi dari basa lemah yang bersangkutan.
Contoh:
50 mL NH3 0,2 M dengan 10 mmol dicampurkan 50 mL HCL 0,1 dengan 5 mmol. Campuran akan bereaksi menghasilkan 5 mmol NH4Cl (NH4+), sedangkan NH3 bersisa 5 mmol dengan rincian seperti berikut:
NH3 (aq) + HCl (aq) → NH4Cl (aq)
atau dengan reaksi ion:
NH3 (aq) + HCl (aq) → NH4+(aq)
mula-mula : 10 mmol 5 mmol
reaksi : -5 mmol -5 mmol +5mmol
akhir : 5 mmol 5 mmol
Jadi, campuran diatas merupakan campuran buffer dikarenakan NH3 (basa lemah) dan NH4+ (asam konjugasi dari NH3).
C. Cara Kerja Larutan Penyangga
Adapun cara kerja dari kedua larutan penyangga asam dan basa adalah seperti berikut.
a. Larutan Penyangga Asam
Contoh: larutan penyangga asam yang mengandung CH3COOH dan CH3COO–
Dalam larutan kesetimbangan:
CH3COOH ⇔ CH3COO– + H+
Penambahan asam (H+) akan menggeser kesetimbangan ke kiri. Ion H+ yang ditambahkan akan bereaksi dengan ion CH3COO– membentuk molekul CH3COOH. Apabila yang ditambahkan adalah basa, maka ion H+ dari basa akan bereaksi dengan ion H+ membentuk air. Hal semacam ini mengakibatkan kesetimbangan bergeser ke arah kanan sehingga konsentrasi H+ dapat dipertahankan.
b. Larutan Penyangga Basa.
Contoh larutan penyangga basa yang mengandung CH3COOH dan CH3COO–
Dalam kesetimbanga:
CH3COOH ⇔ NH4+(aq) + OH–
Apabila dalam larutan ditambahkan asam, maka ion dari asam tersebut akan mengikat ion OH–. Oleh sebab itu, dikarenakan ion asam mengikat OH– maka kesetimbangan bergeser ke kanan dan ion OH– dapat dipertahankan.
D. Sifat Larutan Penyangga
Hampir sama dengan larutan-larutan kimia yang lainnya, larutan penyangga juga memiliki beberapa sifat-sifat yaitu seperti berikut:
- Nilai pH larutan penyangga praktis tidak berubah pada penambahan sedikit asam kuat atau sedikit basa kuat atau pengenceran.
- Nilai pH larutan penyangga dapat berubah pada penambahan asam kuat atau basa kuat yang relatif banyak. Apabila asam kuat atau basa kuat yang ditambahkan menghabiskan komponen larutan penyangga itu, maka nilai pH larutan akan berubah drastis.
- Kuatnya penahan suatu larutan penyangga tergantung pada jumlah mol komponennya, yaitu jumlah asam lemah dan basa konjugasinya, jumlah mol basa lemah dan basa konjugasinya.
E. Fungsi Larutan Penyangga dalam Kehidupan Sehari-hari
Larutan penyangga memiliki peran penting bagi kehidupan. Misalnya saja untuk keperluan analisis kimia, biokimia, bakteriologi, zat warna, fotografi, dan industri kulit. Dalam bidang biokimia, kultur jaringan dan bakteri mengalami proses yang sangat sensitif terhadap perubahan pH. Kandungan pH darah manusia adalah kisaran pH 7,35 sampai 7,45, dan apabila pH darah manusia melebihi 7,8 maka akan menyebabkan organ tubuh manusia rusak. Oleh sebab itu penting sekali untuk menjaga kesetabilan pH darah yaitu dengan bantuan larutan penyangga.
a. Darah sebagai Larutan Penyangga
Terdapat beberapa faktor yang ikut terlibat dalam kestabilan pH darah, diantaranya sebagai berikut.
- Penyangga Karbonat
Penyangga karbonat merupakan penyangga yang berasal dari campuran asam karbonat (H2CO3) dengan basa konjugasi bikarbonat (HCO3).
H2CO3 (aq) → HCO3 (aq) + H+ (aq)
Penyangga karbonat memiliki peran penting dalam mengontrol pH darah. Misalnya, orang yang mendaki gunung tanpa oksigen tambahan dapat terkena alkalosis yaitu peningkatan darah. Di gunung jumlah kandungan O2 sedikit yang menyebabkan para pendaki bernafas lebih cepat, sehingga pendaki banyak mengeluarkan gas CO2. Padahal CO2 dapat larut dalam air menghasilkan H2CO3. Kondisi seperti ini dapat menyebabkan pH darah pendaki akan naik dan mengakibatkan hiperventilasi (bernapas terlalu berlebihan, kadang-kadang dapat juga karena cemas dan histeris). - Penyangga Hemoglobin
Dalam darah mengandung hemoglobin yang fungsinya untuk mengikat O2 yang akan dibawa ke seluruh sel tubuh. Reaksi kesetimbangan larutan penyangga oksihemoglobin adalah seperti berikut.
Asam hemoglobin ion oksihemoglobin
Keberadaan oksigen pada reaksi diatas dapat mempengaruhi konsentrasi ion H+ sehingga pH darah dapat terpengaruh olehnya. Pada reaksi diatas O2 bersifat basa. Hemoglobin yang sudah melepaskan O2 dapat mengikat H+ dan membentuk asam hemoglobin sehingga ion H+ yang sudah dilepaskan hemoglobin untuk penguraian H2CO3 merupakan asam yang diproduksi oleh CO2 yang terlarut dalam air saat metabolisme. - Penyangga Fosfat
Peran fosfat di dalam sel sangatlah penting. Penyangga fosfat ini berasal dari campuran hidrogen fosfat (H2PO4–) dengan monohidrogen (HPO32-).
H2PO4– (aq) +H+ (aq) → H2PO4 (aq)
Penyangga fosfat dapat mempertahankan pH darah 7,4. Jumlah penyangga yang ada di dalam sel sangat sedikit, namun memiliki peran yang sangat penting untuk larutan penyangga urin. - Air ludah sebagai Larutan Penyangga
Gigi dapat larut apabila dimasukkan pada larutan asam yang kuat. Email gigi yang rusak dapat menyebabkan kuman masuk ke dalam gigi. Air ludah dapat mempertahankan pH dalam mulut sekitar 6,8. Air liur mengandung larutan penyangga fosfat yang dapat menetralisir asam yang terbentuk dari fermentasi sisa-sisa makanan. - Menjaga Kesetimbangan pH Tanama
Suatu metode penanaman yang menggunakan media air yang mengandung unsur hara disebut sebagai hidroponik. Dan setiap tanaman memiliki pH tertentu agar dapat tumbuh dan berkembang dengan baik, oleh karena itu diperlukan adanya larutan penyangga. - Larutan Penyangga pada Obat-obatan
C9H8O4 atau sering disebut dengan Asam asetilsalisilat merupakan komponen utama dari tablet aspirin yang merupakan obat penghilang rasa nyeri. Adanya asam pada aspirin dapat menyebabkan perubahan pH pada perut. Perubahan ini mengakibatkan pembentukan hormon, untuk merangsang penggumpalan darah, sehingga darah tidak dapat dihindarkan. Oleh karena itu, pada aspirin ditambahkan MgO yang dapat mentransfer kelebihan asam.
F. Menghitung pH Larutan Penyangga
Besar pH larutan penyangga tergantung pada Ka asam lemah dan Ka basa lemah serta perbandingan konsentrasi asam dengan konsentrasi basa konjugasi atau konsentrasi basa lemah dengan konsentrasi asam konjugasi dalam larutan tersebut.
a. Larutan Penyangga Asam
Misal, dalam larutan penyangga asam mengandung CH3COOH dan CH3COOO– , terdapat kesetimbangan:
Setelah disusun ulang, persamaan pH larutan diatas menjadi seperti berikut (Persamaan Henderson-Hasselbalch).
Apabila a = jumlah mol asam lemah, g = jumlah mol basa konjugasi, dan V = volume larutan penyangga,
b. Larutan Penyangga Basa
Misal, dalam larutan penyangga basa mengandung NH3 dan NH4+, maka terdapat kesetimbangan:
Jika b = jumlah mol basa yang lemah, g = jumlah mol asam konjugasi, dan V = volume larutan penyangga,
Contoh Soal:
- Hitunglah pH larutan yang terbentuk dari campuran berikut ini.
a. 100 mL larutan HCN dengan konsentrasi larutan 0,1 M + 50 mL larutan NaCN dengan konsentrasi larutan 0,2 M, (Ka HCN = 4 x 10-5
b. 50 mL larutan NH3 dengan konsentrasi larutan 0,2 M + 100 mL larutan NH4Cl dengan konsentrasi larutan 0,1 M, (Ka NH3 = 1 x 10-5
c. 150 mL larutan CH3COOH dengan konsentrasi larutan 0,1 M + 100 mL larutan NaOH dengan konsentrasi larutan 0,1 M, (Ka = 1 x 10-5
d. 200 mL larutan NH3 dengan konsentrasi larutan 0,1 M + 100 mL larutan HCl 0,1 M, Kb NH3 = 1 x 10-5
Penyelesaian:
- Diketahui NaOH dengan konsentrasi larutan 0,1 M dan CH3COOH dengan konsentrasi larutan 0,1 M. Berapakah volume yang dibutuhkan untuk membuat 100 mL larutan buffer dengan pH = 6 jika Ka CH3COOH = 1 x 10-5
Penyelesaian:
