BAB II LEVEL MIKROSKOPIK DALAM BUKU TEKS KIMIA SMA, PEMBELAJARAN, DAN PEMAHAMAN SISWA PADA MATERI LARUTAN PENYANGGA

BAB II LEVEL MIKROSKOPIK DALAM BUKU TEKS KIMIA SMA, PEMBELAJARAN, DAN PEMAHAMAN SISWA PADA MATERI LARUTAN PENYANGGA

2.1 Konsep Konsep adalah suatu abstraksi yang mewakili satu kelas objek-objek, kejadian-kejadian, kegiatan-kegiatan, atau hubungan-hubungan yang mempunyai atribut yang sama. Selain itu, disebutkan pula bahwa konsep-konsep adalah abstraksi-abstraksi berdasarkan pengalaman (Rosser dalam Dahar, 1996). Dengan demikian, setiap orang akan membentuk konsep sesuai dengan pengalamannya. Konsep-konsep yang serupa dapat dikomunikasikan dengan menggunakan namanama yang diterima bersama. Sejalan dengan itu, Sagala (2005) menyatakan bahwa konsep diperoleh dari fakta, peristiwa, pengalaman melalui generalisasi dan berpikir abstrak. Konsep yang dimiliki seseorang dapat mengalami perubahan sesuai dengan fakta dan pengetahuan yang dimilikinya. Konsep berguna untuk menjelaskan dan meramalkan (Sagala, 2005). Konsep-konsep yang dijelaskan secara serupa dapat digolongkan dalam satu kelas dengan nama tertentu. Dengan demikian, maka konsep merupakan suatu abstraksi mental yang mewakili satu kelas stimulusstimulus. Seseorang yang dapat menghadapi benda atau peristiwa sebagai satu kelompok, golongan, kelas, atau kategori, ia dikatakan telah belajar konsep

7

(Nasution, 2005). Gagne (Dahar, 1996) membagi konsep dalam dua kategori, yaitu konsep konkret dan konsep terdefinisi. Konsep konkret dapat diperoleh melalui observasi atau pengamatan, sedangkan konsep terdefinisi adalah gagasan yang diturunkan dari objek-objek atau peristiwa-peristiwa abstrak. Konsep terdefinisi yang diturunkan dari objek-objek abstrak ini disebut juga dengan dengan konsep mikroskopik (Effendy, 2002). Kimia penuh dengan konsep-konsep yang dapat diaplikasikan dalam ranah mikroskopik (Sastrawijaya, 1988). Gejala kimia yang dapat diamati pada level makroskopik dapat dijelaskan dengan perilaku dan sifat-sifat atom pada level mikroskopik. Metode yang digunakan dalam pembelajaran melalui representasi mikroskopik dan pemahaman tingkat molekuler merupakan hal yang sangat mendasar dalam kimia (Nakhleh, et.al, 1996). Banyaknya konsep kimia yang bersifat abstrak, menyebabkan adanya kecenderungan bahwa konsep-konsep tersebut akan dapat dipahami dengan baik oleh anak-anak yang telah mampu berpikir abstrak. Namun, kemampuan untuk berpikir abstrak tersebut hanya merupakan sebagian dari kemampuan yang diperlukan untuk mempelajari kimia. Kemampuan lain yang diperlukan dalam mempelajari kimia diantaranya adalah kemampuan menghafal, kemampuan matematis, dan kemampuan visual-spatial. Siswa yang tidak memiliki kemampuan-kemampuan tersebut, dikhawatirkan akan mendapat kesulitan dalam mempelajari dan memahami konsep kimia sehingga mengakibatkan terjadinya miskonsepsi.

8

Di sekolah, belajar konsep dibantu dan dipercepat dengan bantuan verbal. Namun, jika hanya memberikan definisi yang abstrak dengan bantuan verbal, maka memahami konsep akan jauh lebih sukar, apalagi untuk pelajaran kimia yang sebagian besar konsepnya bersifat abstrak (Herron, Wiseman, Pavelich, Abraham, Kean, dan Middlecamp dalam Effendy, 2002). Ali (1984) menyebutkan bahwa berdasarkan alur pengalaman manusia ternyata pengajaran melalui penuturan kata-kata mempunyai nilai yang sangat rendah. Ia menyarankan agar pengajaran dapat memberikan pengalaman yang lebih konkret bagi anak, perlu dipikirkan bentuk media tertentu yang membawa anak pada pengalaman yang lebih konkret. Sejalan dengan pendapat Ali tersebut, Nasution (2005), menyatakan bahwa pembelajaran yang hanya mengandalkan penuturan kata-kata akan menimbulkan bahaya anak-anak mempelajari konsep-konsep tanpa mengetahui referensinya dalam dunia pendidikan, sehingga timbul bahaya verbalisme yang harus dicegah dengan menggunakan alat peraga, alat bantu, praktikum, dan lainlain sehingga dapat dicegah anak menggunakan konsep tanpa memahaminya.

2.2 Miskonsepsi 2.2.1 Definisi Miskonsepsi Setiap orang dapat menafsirkan suatu konsep menurut caranya masingmasing. Tafsiran perorangan terhadap suatu konsep disebut konsepsi (Berg, 1990). Tafsiran tersebut bisa sama dengan tafsiran para ahli yang telah disederhanakan atau pun bertentangan dengan para ahli di bidangnya. Berg (1990)

9

menyatakan bahwa jika konsepsi tersebut bertentangan atau tidak cocok dengan maksud konsep menurut ilmu sekarang, konsepsi itu disebut miskonsepsi. Berikut diberikan beberapa pengertian miskonsepsi yang dikemukan oleh para ahli, diantaranya: a. Miskonsepsi adalah suatu konsep atau ide menyimpang dari pendapat umum yang sesuai dengan konsensus keilmuwan (Nakhleh, 1992). b. Menurut Paul Suparno (2005), miskonsepsi atau salah konsep menunjuk pada suatu konsep yang tidak sesuai dengan pengertian ilmiah atau pengertian yang diterima para pakar dalam bidang itu. c. Miskonsepsi adalah suatu interpretasi konsep-konsep dalam suatu pernyataan yang tidak dapat diterima (Novak dalam Suparno, 2005). d. Feldsine (1987) menemukan miskonsepsi sebagai suatu kesalahan dan hubungan yang tidak benar antara konsep-konsep (Suparno, 2005). e. Flower (1987) memandang miskonsepsi sebagai pengertian yang tidak akurat akan konsep, penggunaan konsep yang salah, klasifikasi contoh-contoh yang salah, kekacauan konsep-konsep yang berbeda, dan hubungan hirarkis konsepkonsep yang tidak benar (Suparno, 2005). f. Ozkawa (2002) mendefinisikan miskonsepsi sebagai suatu konsep dan masalah pengetahuan yang tidak bersesuaian dengan atau berbeda dari kesepakatan ilmiah dan tidak mencukupi untuk menjelaskan gejala ilmiah (Suparno, 2005).

10

2.2.2 Ciri-Ciri Miskonsepsi Ciri-ciri miskonsepsi yang dikemukakan oleh para ahli, diantaranya adalah sebagai berikut: a. Miskonsepsi sangat tahan (resistan) terhadap perubahan, sehingga sulit sekali diubahnya (Berg, 1990). b. Seringkali salah konsep terus-menerus mengganggu walaupun dalam soal-soal yang sederhana (Berg, 1990) . c. Seringkali terjadi regresi yaitu siswa yang sudah pernah mengatasi miskonsepsi, beberapa bulan kemudian salah lagi (Suparno, 2005). d. Salah konsep tidak dapat dihilangkan dengan metode ceramah (Clements, dalam Suparno, 2005). e. Siswa, mahasiswa, guru, dan dosen maupun peneliti dapat terkena salah konsep (Gil Perez, Brown dalam Suparno, 2005).

2.2.3 Penyebab Miskonsepsi Peneliti miskonsepsi menemukan beberapa hal yang menjadi penyebab miskonsepsi pada siswa diantaranya yaitu siswa, guru, dan buku teks (Suparno, 2005). Berikut ini akan diuraikan bagaimana siswa, guru, dan buku teks dapat menjadi penyebab terjadinya miskonsepsi. a. Siswa Penyebab miskonsepsi bisa berasal dari diri siswa itu sendiri. Menurut filsafat konstruktivisme, adanya miskonsepsi menunjukkan bahwa pengetahuan itu dibentuk oleh siswa sendiri. Berg (1990) menyatakan bahwa terjadinya

11

miskonsepsi dapat disebabkan oleh gagasan-gagasan yang muncul dari pikiran siswa yang bersifat pribadi. Miskonsepsi yang berasal dari siswa dikelompokkan dalam beberapa hal, antara lain: 1) Konsep awal siswa Sebelum siswa mengikuti pelajaran formal di sekolah, siswa sudah mempunyai konsep awal tentang suatu bahan pelajaran. Apabila konsep awal yang dimiliki siswa mengandung miskonsepsi, maka konsep awal ini akan menyebabkan miskonsepsi pada materi-materi selanjutnya, sampai kesalahankesalahan itu diperbaiki. Konsep awal siswa bisa didapat dari beberapa hal misalnya dari orang tua, teman, sekolah awal, dan pengalamannya sendiri di lingkungannya.

Miskonsepsi

akan

lebih

banyak

terjadi

jika

yang

mempengaruhi pembentukan konsep awal siswa tersebut mempunyai banyak miskonsepsi. 2) Pemikiran asosiatif siswa Asosiasi siswa terhadap istilah-istilah sehari-hari kadang bisa menyebabkan miskonsepsi (Aron, Gilbert, Watts, Asborne Marioni, dalam Suparno, 2005). Perbedaan pengertian suatu kata yang sama antara siswa dengan guru dapat menyebabkan miskonsepsi. Kata dan istilah yang digunakan oleh guru pada pembelajaran diasosiasikan lain oleh siswa, karena kata dan istilah itu mempunyai arti lain dalam kehidupan mereka sehari-hari. 3) Reasoning yang tidak lengkap atau salah Menurut Comins (Suparno, 2005), miskonsepsi juga dapat disebabkan reasoning atau penalaran siswa yang tidak lengkap atau salah. Tidak

12

lengkapnya informasi atau data yang diperoleh, bisa menyebabkan alasan yang tidak lengkap pula. Hal ini akan berakibat pada siswa saat menarik kesimpulan. Siswa akan salah menarik kesimpulan dan menyebabkan miskonsepsi. Selain tidak lengkapnya informasi yang diperoleh, alasan yang salah juga dapat terjadi karena logika yang salah dalam mengambil kesimpulan atau menggeneralisasi, sehingga terjadi miskonsepsi. 4) Tahap perkembangan kognitif siswa Perkembangan kognitif siswa yang tidak sesuai dengan bahan yang digelutinya dapat menyebabkan miskonsepsi siswa. Pada umumnya, siswa yang masih dalam tahap operasional konkrit akan sulit untuk menangkap suatu bahan yang abstrak dan sering salah mengerti tentang konsep tersebut. Siswa yang masih dalam tahap operasional konkrit, berpikir berdasarkan hal-hal yang konkret, nyata yang dapat dilihat oleh indra. Untuk itu, agar konsep ketidakpastian tersebut dapat dikonstruksi oleh siswa, maka perlu disajikan dalam contoh yang konkret. Dalam ilmu kimia, objek konkret dalam level mikroskopik harus diganti dengan model, misalnya model atom atau model molekul (Sastrawijaya, 1988). Walaupun model yang disajikan seringkali tidak dapat mencakup keutuhan abstraksi, namun dengan adanya model, diharapkan akan membantu siswa memahami konsep kimia secara utuh. Effendy (2002) menyatakan bahwa konsep kimia pada umumnya merupakan penyederhanaan dari keadaan sebenarnya, terutama yang berkaitan dengan gambaran mikroskopik dari objek atau peristiwa kimia.

13

Berdasarkan penelitian yang dilakukan oleh Stork (1988) ternyata mayoritas siswa tingkat XI belum dapat berpikir secara operasional formal, sehingga masih diperlukan berupa visualisasi konkret untuk konsep-konsep abstrak dalam proses pembelajaran di kelas. 5) Kemampuan siswa Perbedaan kemampuan siswa juga dapat menyebabkan miskonsepsi. Siswa yang kurang berbakat atau kurang mampu dalam mempelajari suatu bidang tertentu, sering mengalami kesulitan untuk menangkap konsep yang benar pada proses belajar. 6) Minat belajar Siswa yang tidak tertarik pada suatu bidang studi tertentu, biasanya kurang berminat untuk mempelajarinya dan kurang memperhatikan penjelasan guru pada saat proses belajar. Akibatnya mereka akan lebih mudah salah menangkap dan menimbulkan miskonsepsi. b. Guru Miskonsepsi siswa dapat terjadi karena guru kurang menguasai bahan pelajaran atau memahami pelajaran tidak benar. Beberapa guru kimia dinyatakan miskonsepsi dalam memahami konsep kimia yang melibatkan level mikroskopik (Finatri, 2007). Salah pengertian ini diteruskan kepada siswa sehingga siswa juga miskonsepsi dalam memahami konsep kimia. Miskonsepsi seperti ini akan melekat dalam benak siswa dan biasanya sulit diperbaiki. Oleh karena siswa menganggap apa-apa yang diberikan guru selalu

14

benar, maka siswa memegang konsep itu dengan kuat. Akibatnya, miskonsepsi siswa juga sangat kuat dan biasanya sulit diperbaiki. c. Buku Teks Para peneliti menemukan bahwa miskonsepsi datang dari buku teks (Lona dan Renner dalam Suparno, 2005). Penyebab miskonsepsi biasanya terdapat pada penjelasan atau uraian yang salah. Buku teks yang terlalu sulit bagi level siswa yang sedang belajar juga dapat menumbuhkan miskonsepsi karena mereka sulit menangkap isinya. Akibatnya, mereka hanya menangkap sebagian atau bahkan tidak mengerti sama sekali. Pengertian yang tidak utuh ini dapat menimbulkan miskonsepsi yang besar, terlebih bila siswa menghadapi persoalan yang lebih luas dan mendalam. Selain itu, buku teks yang tidak lengkap dalam menyajikan pembahasannya juga dapat membuat siswa mencoba menjelaskan konsep yang tidak lengkap tersebut. Penjelasan yang dipikirkan oleh siswa bisa sama atau bahkan bertentangan dengan penjelasan para ahli.

2.2.4. Cara Mendeteksi Miskonsepsi Sebelum menangani miskonsepsi yang dialami siswa, maka kita perlu mengetahui apa saja miskonsepsi yang terjadi dan dari mana miskonsepsi tersebut berasal. Oleh karena itu, diperlukan cara mendeteksi miskonsepsi tersebut. Ada beberapa alat yang sering digunakan oleh peneliti dan guru (Suparno, 2005) diantaranya: 1. Peta konsep (Concept Maps)

15

Peta konsep mengungkap hubungan yang berarti antar konsep-konsep dan menekankan gagasan-gagasan pokok yang disusun secara hirarkis dan jelas. Melalui peta konsep, miskonsepsi dapat diidentifikasi dengan melihat apakah hubungan antar konsep-konsep itu benar atau salah. Novak dan Gowin menyatakan bahwa biasanya miskonsepsi dapat dilihat dalam preposisi yang salah dan tidak adanya hubungan yang lengkap antar konsep (Suparno, 2005). Feldsine dan Fowler dalam penelitiannya mendapatkan bahwa peta konsep adalah alat yang baik untuk mengidentifikasi baik kerangka alternatif atau miskonsepsi siswa. Dalam mendeteksi miskonsepsi, peta konsep akan lebih baik bila digabungkan dengan wawancara. Dalam wawancara itu, siswa dapat mengungkapkan lebih mendalam gagasan-gagasannya, dan mengapa ia menyatakan gagasan seperti itu. 2. Tes multiple choice dengan reasoning terbuka Tes pilihan ganda dengan alasan terbuka dapat digunakan untuk mendeteksi miskonsepsi. Beberapa peneliti menggunakan tes ini sebagai alat untuk mendeteksi

miskonsepsi.

Pada

tahun

1987,

Amir

(Suparno,

2005)

menggunakan tes pilihan ganda dengan pertanyaan terbuka dimana siswa harus menjawab dan menulis mengapa ia mempunyai jawaban seperti itu. Pada tahun yang sama, Treagust menggunakan pilihan ganda dengan alasan dimana pada bagian alasan itu siswa harus menuliskan mengapa ia memilih jawaban itu. Beberapa peneliti lain menggunakan tes pilihan ganda dengan wawancara. Berdasarkan jawaban yang tidak benar dalam pilihan ganda itu, mereka mewawancarai siswa untuk meneliti bagaimana siswa berpikir, dan

16

mengapa mereka berpikiran seperti itu. Beberapa peneliti lain juga ada yang menggunakan tes pilihan ganda dengan alasan yang sudah tentu. Dalam tes model ini, siswa tidak dibebaskan memberikan alasan, karena alasanalasannya sudah tersedia. Kelemahan model ini adalah tidak terungkapnya alasan siswa yang tidak tercantum dalam pilihan itu. 3. Tes esai tertulis Untuk mendeteksi miskonsepsi yang terjadi pada siswa, guru juga dapat menggunakan tes esai tertulis yang memuat beberapa konsep yang akan diajarkan atau yang sudah diajarkan. Dari tes tersebut dapat diketahui miskonsepsi yang dibawa siswa dan dalam hal apa siswa tersebut mengalami miskonsepsi. Untuk lebih mendalami, tes model ini juga dapat dipadukan dengan wawancara untuk mengetahui mengapa mereka mempunyai gagasan seperti itu. 4. Wawancara diagnosis Wawancara yang digunakan untuk mendeteksi miskonsepsi dapat berbentuk bebas dan terstruktur. Dalam wawancara bebas, guru atau peneliti memang bebas bertanya kepada siswa dan siswa dapat dengan bebas menjawab. Urutan atau apa yang akan ditanyakan dalam wawancara itu tidak dipersiapkan terlebih dahulu. Berbeda dengan wawancara bebas, dalam wawancara terstruktur pertanyaan sudah disiapkan dan urutannya pun secara garis besar sudah disusun, sehingga mempermudah pada wawancara berlangsung. Kelebihan dari wawancara terstuktur adalah peneliti dapat secara sistematis

17

bertanya dan mengorek pemikiran siswa. Agar data wawancara tidak hilang, ada baiknya wawancara itu direkam. 5. Diskusi dalam kelas Dalam diskusi di kelas, siswa diminta untuk mengungkapkan gagasan mereka tentang konsep yang sudah diajarkan atau yang hendak diajarkan. Dari diskusi tersebut, dapat dideteksi juga apakah gagasan yang mereka kemukakan tepat atau tidak. Melalui diskusi, guru atau peneliti dapat mengetahui dan mengerti konsep-konsep alternatif yang dimiliki siswa. Mendeteksi miskonsepsi dengan cara diskusi ini, cocok digunakan pada kelas yang besar, dan sebagai penjajakan awal. Yang harus diperhatikan guru dalam diskusi ini adalah membantu siswa agar setiap siswa berani bicara untuk mengungkapkan pikiran mereka tentang persoalan yang sedang dibahas. 6. Praktikum dengan tanya jawab Praktikum dengan tanya jawab antara guru dan siswa juga dapat digunakan untuk mendeteksi apakah siswa mempunyai miskonsepsi tentang konsep pada praktikum itu atau tidak. Selama proses praktikum berlangsung, guru harus selalu bertanya bagaimana konsep siswa dan bagaimana siswa menjelaskan persoalan dalam praktikum tersebut. Berdasarkan penelaahan terhadap kepentingan penelitian ini, miskonsepsi yang dialami siswa akan dapat dideteksi dengan memberikan tes esay tertulis. Dari tes esay tertulis yang diberikan terhadap siswa diharapkan dapat memetakan pemahaman level mikroskopik siswa pada materi larutan penyangga termasuk ada

18

tidaknya miskonsepsi yang dialami siswa. Tes esay tertulis juga mampu mendeteksi jenis miskonsepsi yang dialami siswa.

2.3 Level Mikroskopik dalam Kimia Johnstone (Treagust at al, 2003) mendeskripsikan bahwa fenomena kimia dapat dijelaskan dengan tiga level representasi yang berbeda, yaitu makroskopik, mikroskopik, dan simbolik (Gambar 2.1). Masing-masing level representasi tersebut dapat dijelaskan sebagai berikut: 1. Level makroskopik, yaitu fenomena kimia yang benar-benar dapat diamati termasuk di dalamnya pengalaman siswa setiap hari. 2. Level mikroskopik, yaitu suatu fenomena kimia yang tidak dapat dilihat secara langsung seperti elektron, molekul, dan atom. 3. Level simbolik, yaitu suatu representasi dari fenomena kimia menggunakan media yang bervariasi termasuk di dalamnya model-model, gambar-gambar, aljabar, dan bentuk komputansi. Makroskopik

Simbolik

Mikroskopik

Gambar 2.1 Tiga level representasi kimia (dalam Treagust at al, 2003)

19

Ketiga level tersebut dihubungkan dan semua level ini memberi kontribusi pada perkembangan pengertian dan pemahaman siswa yang dapat terefleksikan dari hasil belajar kimia siswa (Treagust, Chittleborough, dan Mamiala, 2003). Maksudnya ketiga level ini merupakan level yang tidak dapat terpisahkan dalam suatu pembelajaran kimia. Level mikroskopik tidak dapat diamati secara langsung sehingga Chittleborough menyatakan bahwa perlu ada suatu model yang menghubungkan ketiga level representasi kimia ini.

Representasi seringkali menimbulkan

kesalahpahaman pada siswa akibat keterbatasan pandangan mereka untuk menjadikan suatu tiruan dari sesuatu yang nyata yang dapat menjadi alat yang kuat pada pengembangan model mental dari gejala kimia (Treagust, Chittleborough, dan Mamiala, 2003). Representasi menghubungkan kenyataan dan teori menuju suatu penjelasan yang penting. Level makroskopik yang merupakan level yang dapat diamati secara langsung merupakan basis dari kimia. Level ini memerlukan suatu representasi simbol dan representasi mikroskopik untuk menjelaskan suatu gejala (Treagust, Chittleborough, dan Mamiala, 2003). Johnstone juga mengemukakan kembali bahwa level makroskopik adalah level yang berhubungan dengan suatu gejala kimia yang dapat dilihat atau dapat dirasakan dengan panca indera. Gejala yang termasuk ke dalam level makroskopik ialah seperti bagaimana garam padat dapat larut dalam air. Level yang kedua yaitu level mikroskopik adalah level yang berhubungan dengan gejala kimia yang tidak dapat dilihat dengan panca indera seperti terjadinya ionisasi garam di dalam air. Level ketiga yaitu level simbolik adalah suatu level yang

20

merepresentasikan bentuk materi kimia dalam bentuk formula atau pun persamaan reaksi (Dori dan Hercovitz, 2003). Representasi pada level simbolik pada proses pelarutan garam sebagai berikut: NaCl(s) + H 2 O(l) → NaCl(aq)

Sebagian besar siswa mengalami kesulitan untuk mentransfer bentuk dari satu level ke level yang lain. Namun terkadang guru kimia tidak memberikan perhatian yang cukup untuk menjelaskan transisi ini. Untuk memperbaiki hal ini, Johnstone menyarankan bahwa penekanan terhadap keberadaan tiga level dan hubungan antar level akan memudahkan siswa untuk menjadi lebih baik (Dori dan Hercovitz, 2003). Fenomena-fenomena yang dapat diamati dapat dimasukkan ke dalam level makroskopik (Chittleborough, Treagust, dan Mamiala Wu, 2003). Berdasarkan definisi tersebut, ungkapan yang diberikan oleh guru untuk menjelaskan fenomena yang dapat diamati oleh siswa, dapat dimasukkan ke dalam level makroskopik meskipun siswa tidak benar-benar mengamati fenomena-fenomena tersebut. Terdapat beberapa transformasi antar level dalam representasi kimia antara lain: a. Transformasi dari makroskopik ke simbolik Level makroskopik adalah level sensori yang dapat dilihat, disentuh atau dicium dengan kemungkinan adanya perubahan warna atau massa. Level pertama ini biasanya telah dikenal siswa dalam pengalaman mereka, sebelum dikenalkan pada kimia. Namun ada kemungkinan siswa mengalami kesulitan dalam mengekspresikan keadaan makroskopik ke dalam bahasa dari simbol kimia (Dori dan Hercovitz, 2003).

21

b. Transformasi dari makroskopik ke mikroskopik Level makroskopik yang dapat diindera dapat dijelaskan dengan level mikroskopik secara konseptual. Pengetahuan konseptual mengizinkan siswa untuk menginterpretasikan informasi makroskopik yang disediakan dan untuk menyimpulkan/ menduga detil mengapa fenomena itu terjadi (Lesh, Post, dan Behr, dalam Wu, 2001). c. Transformasi dari mikroskopik ke simbolik Nurrenberg dan Pickering menyatakan bahwa siswa yang kurang dalam pemahaman konseptual dari partikel unsur dan tidak dapat membayangkan partikel

yang

menjadi

bagian

dalam

reaksi

kimia,

mereka

tidak

menghubungkan simbol kimia dengan arti mikroskopik dalam kimia yang berhubungan dengan simbol. Banyak siswa yang menemukan kesulitan dalam mengerti reaksi kimia dan simbol kimia (Dori dan Hercovitz, 2003). d. Transformasi dari proses ke simbolik Transformasi ini adalah bentuk dari proses kimia untuk mempersiapkan suatu set simbol dalam suatu persamaan reaksi kimia yang menetapkan proses itu atau sebaliknya (Dori dan Hercovitz, 2003). Banyak siswa yang mengalami kesulitan mempelajari level pemahaman simbolik dan molekuler dalam kimia (Wu, 2000). Berdasarkan penelitian empiris (e.g., Ben-Zvi, Eylon, & Silberstein, Ben-Zvi, Eylon, & Silberstein, Griffiths & Preston, 1992) menunjukkan bahwa level mikroskopik dan simbolik merupakan kesulitan teristimewa pada siswa karena level ini invisibel dan abstrak sedangkan

22

pikiran siswa mengandalkan informasi sensori motorik yang dialami oleh pancainderanya (Wu, 2000). Untuk membantu siswa memahami kimia pada tiga level tersebut, para peneliti telah mengusulkan variasi pada pendekatan instruksional (Wu, 2000), seperti menggabungkan aktivitas laboratorium ke dalam pelajaran di kelas (Johnstone & Letton, 1990), menggunakan model konkret (Copolo & Hounshell, 1995), dan menggunakan teknologi sebagai media pembelajaran (Barnea & Dori, 1996; Kozma, Russel, Jones, Marx, & Davis, 1996). Diantara beberapa pendekatan ini, penggunaan model konkret dan teknologi sebagai media pembelajaran nampaknya lebih menjanjikan (Wu, 2000). Pemahaman pada level mikroskopik dalam pelajaran kimia di sekolah seringkali diabaikan. Padahal, gejala kimia yang dapat diamati pada level makroskopis dapat dijelaskan dengan perilaku dan sifat-sifat atom pada level mikroskopis. Walaupun sudah banyak siswa yang melakukan praktikum kimia (makroskopik), namun mereka terkadang tidak dapat menjelaskan apa yang terjadi sesungguhnya (mikroskopik) dalam percobaan yang mereka lakukan tersebut.

2.4 Peranan Model Level Mikroskopik Luasnya pemakaian kata model yang dipergunakan dalam berbagai bidang kajian keilmuwan seperti ilmu pengetahuan alam, sosial, seni dan lain-lain menyebabkan bermacam-macam pengertian dari kata model tersebut dan juga bisa menunjukan objek yang sama sekali berbeda. Sebagai contoh, model bisa menunjukkan miniatur objek yang sudah ada, seperti model dari Candi

23

Borobudur. Selain itu, model juga bisa menunjukan rancangan objek yang belum ada, seperti model jembatan dengan konstruksi tertentu yang akan dibangun oleh seorang arsitek. Antara model dan bentuk objek yang dimodelkan selalu ada perbedaan dalam hal ukuran, bahan, maupun unsur-unsur lainnya. Bukan disebut model bila di antara keduanya semuanya sama, dan bukan pula disebut model bila model yang ditunjukkan tidak memiliki unsur yang sama dengan objek yang akan dimodelkan (Steinbuch dalam Sopandi, 2005). Model-model yang ada dalam kehidupan sehari-hari dapat dikelompokkan ke dalam dua golongan seperti di atas, termasuk gambaran dari objek yang sudah ada atau rancangan dari objek yang belum ada. Dalam Sopandi (2005) disebutkan, khusus dalam ilmu kimia, model yang dipakai bisa berfungsi keduanya, bisa sebagai gambaran dari pemikiran tentang suatu objek (gedankliche nachbildung), dan bisa pula berfungsi sebagai rancangan gambaran suatu objek (vorlage). Model tersebut dikembangkan berdasarkan data yang dapat diamati, diukur, atau dihitung sehingga dengan adanya bantuan model tersebut, suatu fenomena atau peristiwa tertentu dapat dijelaskan. Level mikroskopik merupakan salah satu dari representasi kimia yang harus dipahami siswa selain level makroskopik dan simbolik. Banyak model yang berhubungan dengan level mikroskopik telah dibuat dan dikembangkan oleh para ahli ilmu pengetahuan alam untuk menjelaskan berbagai fenomena. Karena sampai saat ini belum ada teknologi yang mampu melihat level mikroskopik atau yang lebih kecil lagi secara langsung, maka model-model yang ada selalu bersifat teoritis atau hipotesis yang setiap saat bisa ditolak, diperbaharui, atau dimodifikasi

24

sesuai dengan perkembangan data yang ada (Kircher dan Teβmann, Barke, Barke dan Harsch dalam Sopandi, 2005). Selama model yang baru masih bersifat teoritis, model yang lama masih tetap bisa dipakai dan tidak bisa disalahkan. Masing-masing model akan tetap dapat digunakan sesuai dengan fenomena yang dijelaskannya.

2.5 Buku Teks 2.5.1 Arti Buku dalam Pendidikan Bacon (Tarigan dan Tarigan, 1986) mengemukakan bahwa buku ajar atau buku teks adalah buku yang dirancang buat penggunaan di kelas, dengan cermat disusun dan dipersiapkan oleh para pakar atau ahli dalam bidang itu dan dilengkapi dengan sarana-sarana pengajaran yang sesuai dan serasi. Sedangkan pengertian buku teks menurut Lange (Tarigan dan Tarigan, 1986), buku teks adalah buku standar atau baku pada setiap cabang khusus studi atau mata pelajaran. Ahli lain mengatakan bahwa “Buku teks adalah sarana belajar yang biasa digunakan di sekolah-sekolah dan di perguruan tinggi untuk menunjang suatu program pengajaran” (Buckingham, dalam Tarigan dan Tarigan, 1986). Sedangkan menurut Wilardjo (1990), dalam proses belajar buku ajar merupakan salah satu sumber pengetahuan dalam suatu bidang studi. Berdasarkan beberapa pendapat di atas, dapat disimpulkan bahwa buku teks merupakan buku standar atau baku untuk setiap cabang khusus studi atau mata pelajaran yang disajikan dalam bentuk yang mudah digunakan, disusun oleh

25

para ahli, digunakan di sekolah-sekolah dan perguruan tinggi untuk menunjang suatu program pengajaran dan dilengkapi dengan sarana-sarana pengajaran yang sesuai dan serasi. Sebagai buku teks yang biasa digunakan di sekolah-sekolah, maka komponen-komponen yang harus diketahui dan dipahami oleh siswa haruslah ada dalam buku teks tersebut. Cara menyajikan dan mengembangkan konsep dalam buku teks dapat mempengaruhi pemahaman siswa tentang konsep tersebut. Oleh karena itu, dalam memilih suatu buku teks sebagai sumber belajar perlu memperhatikan kualitasnya, karena materi yang ada dalam buku teks sangat membantu siswa dalam mengembangkan konsep dalam struktur kognitifnya. Seorang guru seharusnya memberikan saran bagi siswa untuk menggunakan buku teks yang tidak hanya mementingkan atau menekankan pada materi tetapi juga cara penyampaiannya. Buku teks yang dibaca siswa dalam proses belajar mengajar seharusnya mengandung konsep yang jelas maksud dan kaitannya (Sri Redjeki, 1999).

2.5.2 Penilaian Kualitas Buku Untuk mengetahui suatu buku teks mengandung konsep yang jelas maksud dan kaitannya, perlu adanya penilaian kualitas buku. Suatu cara untuk mengadakan penilaian kualitas buku adalah dengan melakukan penganalisaan terhadap aspek-aspek tertentu dari buku. Beberapa aspek tersebut diantaranya kesesuaian dengan kurikulum yang berlaku, keterbacaan, kebenaran isi, dan

26

grafika (Nuryani R, 1995). Tingkat kemudahterbacaan, kemenarikan serta keterpahaman suatu buku teks, dapat dinilai berdasarkan dua kriteria, yaitu: 1. Kriteria umum penilaian buku, meliputi beberapa segi yaitu segi isi buku, segi dasar dan haluan negara, keamanan dan ketahanan nasional, segi penyajian fisik buku dan topografi serta segi bahasa. 2. Kriteria khusus penilaian buku, yang berlaku khas bagi jenis atau golongan buku tertentu mengingat kedudukannya, sifat, dan fungsinya. Budikase (1994), menjelaskan tentang kualitas buku teks berdasarkan: 1) Kesesuaian dengan standar isi Buku teks harus memuat semua bahan pelajaran dan materi yang dituntut oleh standar isi, bahkan lebih banyak dari apa yang dituntut oleh standar isi baik luas maupun kedalamannya. 2) Kejelasan pembahasan dan uraian Penjelasan suatu konsep, prinsip atau hukum-hukum harus komunikatif, mudah dipahami oleh pembaca, uraian tidak terlalu panjang dan tidak terlalu pendek, kalimat yang terlalu panjang akan mengaburkan pembaca untuk menangkap inti dari bahan bacaan. 3) Ketepatan dan kebenaran konsep, prinsip, dan hukum 4) Gambar atau ilustrasi Gambar yang menunjang penjelasan buku harus jelas, mudah dibaca dan harus benar. Level pemahaman mata pelajaran kimia yang terdiri dari level makroskopik, mikroskopik, dan simbolik (Gabel , Johnstone, dalam Wu, 2001)

27

menuntut buku teks yang berkualitas menyajikan suatu konsep dalam tiga level tersebut dengan benar dan mudah dipahami.

Larutan penyangga merupakan

konsep dalam pelajaran kimia yang menuntut pemahaman dalam tiga level tersebut. Dalam penelitian ini dilakukan analisis level mikroskopik pada materi larutan penyangga yang terdapat dalam buku teks mata pelajaran kimia SMA sebagai salah satu cara untuk menilai salah satu aspek yang menentukan kualitas buku teks kimia SMA.

2.6 Model Level Mikroskopik pada Materi Larutan Penyangga 2.6.1 Definisi Larutan Penyangga Pengukuran dengan menggunakan pH meter menunjukkan bahwa bila ke dalam air ditambahkan sedikit (sejumlah tertentu) asam kuat atau basa kuat maka harga pH-nya akan berubah secara drastis. Misalnya, ke dalam 1 liter air ditambahkan 5 tetes HCl 6 M (1 tetes setara dengan 0, 05 mL), maka pH air akan berubah dari 7 menjadi 2,82. Bila ke dalam larutan tersebut ditambahkan larutan NaOH 6 M sebanyak 5 tetes, maka pH larutan tersebut akan melonjak menjadi sekitar 11. Adakah sistem atau larutan yang pH-nya tidak berubah secara drastis bila ditambah sedikit asam, sedikit basa, atau diencerkan? Suatu sistem reaksi kimia adakalanya hanya dapat berlangsung pada kondisi lingkungan yang mempunyai pH tertentu. Oleh karena itu, diperlukan suatu sistem yang dapat mempertahankan harga pH. Bila ke dalam larutan yang merupakan campuran CH3COOH 0,1 M dan CH3COONa 0,1 M pH 4,74

28

ditambahkan 5 tetes HCl 6 M, maka pH menjadi 4, 73. Untuk lebih jelasnya perhatikan Gambar 2.2. 5 tetes HCl 6 M

1L

1L

× 10-3 M pH = 2,82

Air pH = 7

HCl 1,5

5 tetes HCl 6 M

1L CH3COOH 0,1 M CH3COONa 0,1 M

pH = 4,74

1L CH3COOH 0,1 M CH3COONa 0,1 M

pH = 4,73

Gambar 2.2 Pengaruh penambahan sedikit asam terhadap air dan campuran larutan CH3COOH dan CH3COONa Dari gambar di atas, tampak bahwa larutan yang merupakan campuran dari CH3COOH dan CH3COONa dapat mempertahankan harga pH pada kisarannya ketika ditambahkan sedikit asam. Seperti halnya ketika ditambahan sedikit asam, larutan ini juga akan dapat mempertahankan harga pH-nya ketika ditambahkan sedikit basa seperti NaOH atau ketika diencerkan. Larutan yang memiliki sifat dapat mempertahankan harga pH-nya akibat dari penambahan sedikit asam atau basa, atau pengenceran disebut larutan penyangga atau buffer atau dapar.

29

2.6.2 Jenis-Jenis Larutan Penyangga Larutan penyangga dapat dibedakan atas larutan penyangga asam dan larutan penyangga basa. Larutan penyangga asam mempertahankan pH pada daerah asam (pH < 7), sedangkan larutan penyangga basa mempertahankan pH pada daerah basa (pH > 7). (1) Larutan Penyangga Asam Apabila pada suatu larutan asam lemah ditambahkan basa konjugasi dari garamnya pada perbandingan konsentrasi tertentu, akan terbentuk larutan penyangga asam, karena pada campuran tersebut [H+] > [OH-]. Contoh, larutan CH3COOH (asam lemah) ditambahkan ion CH3COO- (basa konjugasi) yang berasal dari garam yang mudah larut dalam air, seperti CH3COONa akan membentuk larutan penyangga asam. Dalam larutan tersebut, akan terdapat beberapa spesi berikut, yaitu ion H+ hasil ionisasi sebagian kecil dari CH3COOH, ion CH3COO- hasil ionisasi sebagian kecil CH3COOH dan ionisasi sempurna CH3COONa, molekul CH3COOH yang tidak terionisasi, ion Na+ hasil ionisasi sempurna dari CH3COONa, molekul-molekul H2O (air), dan ion H+ dan ion OHhasil ionisasi sebagian kecil H2O. Partikel-partikel tersebut bergerak secara terusmenerus dalam larutan. Partikel-partikel (spesi-spesi) yang terdapat dalam larutan penyangga asam tersebut dapat dilihat pada Gambar 2.3.

30

Keterangan: 1. H2O 4. Na+ 2. CH3COOH 5. H+ 3. CH3COO6. OHLarutan merupakan larutan encer sehingga jumlah molekul H2O dalam larutan sangat banyak. Partikel-partikel dalam larutan bergerak terus-menerus.

Gambar 2.3 Model mikroskopik larutan penyangga asam CH3COOH dan CH3COONa Berdasarkan Gambar 2.3, tampak bahwa di dalam larutan terdapat molekul-molekul CH3COOH dan ion-ion CH3COO- yang merupakan komponen penyangga dengan ion H+ lebih banyak dibandingkan ion OH-. Dengan demikian larutan tersebut merupakan penyangga asam. Secara simbolik partikel-partikel yang terdapat dalam larutan penyangga asam CH3COOH dan CH3COONa dapat dirumuskan sebagai berikut: CH3COOH(aq)

CH3COO-(aq) + H+(aq)

CH3COONa(aq)

CH3COO-(aq) + Na+(aq)

H2O(l)

H+(aq) + OH-(aq)

(2) Larutan Penyangga Basa Apabila pada suatu larutan basa lemah ditambahkan asam konjugasi dari garamnya pada perbandingan konsentrasi tertentu, akan terbentuk larutan penyangga basa, karena pada campuran tersebut [OH-] > [H+]. Contoh, larutan NH3 (basa lemah) ditambahkan ion NH4+ (asam konjugasi) yang berasal dari garam yang mudah larut dalam air, seperti NH4Cl akan membentuk larutan 31

penyangga basa. Dalam larutan tersebut, akan terdapat beberapa spesi berikut, yaitu ion OH- hasil ionisasi sebagian kecil dari NH3, ion NH4+ hasil ionisasi sebagian kecil NH3 dan ionisasi sempurna NH4Cl, molekul NH3 yang tidak terionisasi, ion Cl- hasil ionisasi sempurna dari NH4Cl, molekul-molekul H2O (air), serta ion H+ dan ion OH- hasil ionisasi sebagian kecil H2O. Dari spesi-spesi yang terdapat dalam larutan tersebut, tampak bahwa jumlah ion OH- lebih banyak dibandingkan dengan jumlah ion H+. Partikel-partikel tersebut bergerak secara terus-menerus dalam larutan. Partikel-partikel (spesi-spesi) yang terdapat dalam larutan penyangga basa tersebut dapat dilihat pada Gambar 2.4. Keterangan: 1. H2O 4. Cl2. NH3 5. OH3. NH4+ 6. H+ Larutan merupakan larutan encer sehingga jumlah molekul H2O dalam larutan sangat banyak. Partikel-partikel bergerak terusmenerus dalam larutan.

Gambar 2.4 Model mikroskopik larutan penyangga basa NH3 dan NH4Cl Dari gambar di atas, secara simbolik partikel-partikel yang terdapat dalam larutan penyangga basa dapat dirumuskan sebagai berikut: NH3(aq) + H2O(l)

NH4+(aq) + OH-(aq)

NH4Cl(aq)

NH4+(aq) + Cl-(aq)

H2O(l)

H+(aq) + OH-(aq)

32

2.6.3 Sifat Larutan Penyangga Penambahan sedikit asam atau basa atau pengenceran ke dalam larutan penyangga tidak mengubah pH larutan. Bagaimanakah larutan penyangga mempertahankan pH? Sifat larutan penyangga didasarkan atas kesetimbangan disosiasi yang dialami oleh asam lemah atau basa lemah penyusun larutan penyangga. Ion asam atau basa konjugasinya akan membantu membuat kesetimbangan tersebut dinamis terhadap penambahan sedikit asam atau basa, atau pengenceran. Pergeseran kesetimbangan yang dialami larutan penyangga mengikuti asas Le Chatelier. (1) Sifat Larutan Penyangga Asam Bila larutan penyangga asam campuran CH3COOH dan CH3COONa ditambahkan sedikit asam (HCl) diperoleh pH yang relatif tetap terhadap pH mula-mula (tetap pada daerah asam kisarannya). Begitu pula bila pada larutan tersebut ditambahkan sedikit basa atau diencerkan. Mengapa larutan penyangga asam mampu mempertahankan pH pada daerah asam akibat penambahan sedikit asam atau basa atau pengenceran? Hal tersebut dapat dijelaskan sebagai berikut: a. Penambahan sedikit asam (misalnya, HCl) terhadap larutan penyangga asam (CH3COOH dan CH3COONa) Sebagaimana telah dijelaskan sebelumnya, bahwa di dalam larutan penyangga asam CH3COOH dan CH3COONa terdapat beberapa spesi berikut yaitu, molekul CH3COOH, ion H+, ion CH3COO-, ion Na+, molekul H2O, dan ion OH- yang bergerak terus-menerus dalam larutannya (Gambar 2.3). Dalam

33

larutan tersebut terjadi kesetimbangan asam lemah CH3COOH dengan ion CH3COO- dan ion H+ sebagai berikut: CH3COOH(aq)


Bila ke dalam larutan tersebut ditambahkan sedikit asam (HCl) akan meningkatkan jumlah ion H+ dalam larutan (Ingat: HCl dalam air terionisasi menjadi ion H+ dan ion Cl-). Adanya peningkatan jumlah ion H+ ini akan dinetralisir oleh ion CH3COO- membentuk molekul CH3COOH sehingga jumlah ion H+ dalam larutan relatif tetap. Dengan demikian dalam larutan tersebut tidak terjadi perubahan perbandingan konsentrasi ion H+ dan ion OHsehingga pH larutan penyangga asam dapat dipertahankan. Model mikroskopik dari proses tersebut dapat dilihat pada Gambar 2.5. Awal

Keterangan: 1. H2O 2. CH3COOH 3. CH3COO- 4. Na+ Partikel-partikel bergerak terus-menerus

Akhir

5. H+

6. OH-

Gambar 2.5 Model mikroskopik penambahan sedikit asam ke dalam larutan penyangga asam CH3COOH dan CH3COONa

34

Berdasarkan gambar di atas tampak bahwa dalam larutan jumlah molekul CH3COOH bertambah dan jumlah ion CH3COO- berkurang, sedangkan jumlah ion H+ tetap. Secara simbolik penambahan sedikit asam ke dalam larutan penyangga asam dapat dirumuskan sebagai berikut: CH3COO-(aq) + H+(aq)

CH3COOH(aq)

Pada reaksi tersebut ion H+ dan basa konjugat (ion CH3COO-) membentuk kesetimbangan sebelum reaksi mencapai sempurna. Bila jumlah ion H+ yang ditambahkan menghabiskan ion CH3COO- dalam larutan penyangga, maka pH larutan akan berubah drastis. Larutan penyangga asam mampu mempertahankan pH pada kapasitas penyangganya. Jika lebih dari kapasitas penyangga, pH tidak dapat dipertahankan. b. Penambahan sedikit basa (misalnya, NaOH) terhadap larutan penyangga asam (CH3COOH dan CH3COONa) Sebagaimana telah dijelaskan sebelumnya, bahwa di dalam larutan penyangga asam CH3COOH dan CH3COONa terdapat beberapa spesi berikut yaitu, molekul CH3COOH, ion H+, ion CH3COO-, ion Na+, molekul H2O, dan ion OH- yang bergerak terus-menerus dalam larutannya (Gambar 2.3). Dalam larutan tersebut terjadi kesetimbangan asam lemah CH3COOH dengan ion CH3COO- dan ion H+ sebagai berikut: CH3COOH(aq)


Bila ke dalam larutan tersebut ditambahkan sedikit basa (NaOH) akan meningkatkan jumlah ion OH- dalam larutan (Ingat: NaOH dalam air terionisasi menjadi ion Na+ dan ion OH-). Adanya peningkatan jumlah ion

35

OH- ini akan dinetralisir oleh molekul CH3COOH membentuk ion CH3COOdan molekul air, sehingga jumlah ion OH- dalam larutan relatif tetap. Dengan demikian dalam larutan tersebut tidak terjadi perubahan perbandingan konsentrasi ion H+ dan ion OH- sehingga pH larutan penyangga asam dapat dipertahankan. Model mikroskopik dari proses tersebut dapat dilihat pada Gambar 2.6. Awal

Akhir


5. H+

6. OH-

Gambar 2.6 Model mikroskopik penambahan sedikit basa ke dalam larutan penyangga asam CH3COOH dan CH3COONa Berdasarkan gambar di atas tampak bahwa dalam larutan tersebut jumlah ion CH3COO- bertambah dan jumlah molekul CH3COOH berkurang, sedangkan jumlah ion OH- tetap. Secara simbolik penambahan sedikit basa ke dalam larutan penyangga asam dapat dirumuskan sebagai berikut: CH3COOH(aq) + OH-(aq)

CH3COO-(aq) + H2O(l)

36

Pada reaksi tersebut ion OH- dan asam lemah (CH3COOH) membentuk kesetimbangan sebelum reaksi mencapai sempurna. Bila jumlah ion OH- yang ditambahkan menghabiskan komponen CH3COOH dalam larutan penyangga, maka pH larutan akan berubah drastis. Larutan penyangga asam mampu mempertahankan pH pada kapasitas penyangganya. Jika lebih dari kapasitas penyangga, pH tidak dapat dipertahankan. c. Pengenceran Jika ke dalam larutan penyangga asam ditambahkan air (diencerkan), H2O terurai sedikit sekali menjadi ion H+ dan ion OH-. Penambahan ion H+ dan ion OH- dalam larutan sebanding, masing-masing dinetralisir oleh ion CH3COOuntuk ion H+ dan molekul CH3COOH untuk ion OH- sehingga tidak mengubah perbandingan konsentrasi ion H+ dan ion OH- dalam larutan. Disamping itu juga, kontribusi ion H+ dan ion OH- yang diberikan terlalu kecil sehingga dapat diabaikan. Model mikroskopiknya dapat dilihat pada Gambar 2.7.

37

Awal

Akhir


5. H+

6. OH-

Gambar 2.7 Model mikroskopik pengenceran ke dalam larutan penyangga asam CH3COOH dan CH3COONa Berdasarkan gambar di atas tampak bahwa dalam larutan jumlah molekul H2O bertambah tapi tidak berkontribusi terhadap penambahan jumlah ion H+ dan ion OH-. Secara simbolik dapat dirumuskan sebagai berikut: H2O(l)

H+(aq) + OH-(aq) 10-7 M

10-7 M

Jika air yang ditambahkan volumenya sangat besar, bisa mengubah pH secara drastis karena terjadi penambahan ion H+ dan ion OH- yang tidak dapat dinetralisir oleh komponen asam dan basa larutan penyangga. Begitu pula halnya jika konsentrasi komponen penyangga sangat kecil akan dapat mengubah pH karena tidak mampu menetralisir ion H+ dan ion OH- dari H2O. Jika demikian halnya, maka pengenceran akan mengubah perbandingan

38

konsentrasi ion H+ dan ion OH- dalam larutan sehingga pH tidak dapat dipertahankan. (2) Sifat Larutan Penyangga Basa Sebagaimana halnya sifat larutan penyangga asam, bila larutan penyangga basa campuran NH3 dan NH4Cl ditambahkan sedikit asam (HCl) diperoleh pH yang relatif tetap terhadap pH mula-mula (tetap pada daerah basa kisarannya). Begitu pula bila pada larutan tersebut ditambahkan sedikit basa atau diencerkan. Mengapa larutan penyangga basa mampu mempertahankan pH pada daerah basa akibat penambahan sedikit asam atau basa atau pengenceran? Hal tersebut dapat dijelaskan sebagai berikut: a. Penambahan sedikit asam (misalnya, HCl) terhadap larutan penyangga basa (NH3 dan NH4Cl) Sebagaimana telah dijelaskan sebelumnya, bahwa di dalam larutan penyangga basa NH3 dan NH4Cl terdapat beberapa spesi berikut yaitu, molekul NH3, ion OH-, ion NH4+, ion Cl-, molekul H2O, dan ion H+ yang terus-menerus bergerak dalam larutannya (Gambar 2.4). Dalam larutan tersebut terjadi kesetimbangan basa lemah NH3 dengan ion NH4+ dan ion OH- sebagai berikut: NH3(aq) + H2O(l)

NH4+(aq) + OH-(aq)

Bila ke dalam larutan tersebut ditambahkan sedikit asam (HCl) akan meningkatkan jumlah ion H+ dalam larutan (Ingat: HCl dalam air terionisasi menjadi ion H+ dan ion Cl-). Adanya peningkatan jumlah ion H+ ini akan dinetralisir oleh komponen basa (NH3) membentuk ion NH4+ sehingga jumlah ion H+ dalam larutan relatif tetap. Dengan demikian dalam larutan tersebut

39

tidak terjadi perubahan perbandingan konsentrasi ion H+ dan ion OH- sehingga pH larutan penyangga basa dapat dipertahankan. Model mikroskopik dari proses tersebut dapat dilihat pada Gambar 2.8. Awal

Akhir

Keterangan: 1. H2O 2. NH3 3. NH4+ Partikel-partikel bergerak terus-menerus

4. Cl-

5. OH-

6. H+

Gambar 2.8 Model mikroskopik penambahan sedikit asam ke dalam larutan penyangga basa NH3 dan NH4Cl Berdasarkan gambar di atas tampak bahwa dalam larutan jumlah ion NH4+ bertambah dan jumlah molekul NH3 berkurang, sedangkan jumlah ion H+ tetap. Secara simbolik penambahan sedikit asam ke dalam larutan penyangga asam dapat dirumuskan sebagai berikut: NH3(aq) + H+(aq)

NH4+(aq)

Pada reaksi tersebut ion H+ dan basa lemah (ion NH3) membentuk kesetimbangan sebelum reaksi mencapai sempurna.

40

Bila jumlah ion H+ yang ditambahkan menghabiskan komponen NH3 dalam larutan penyangga, maka pH larutan akan berubah drastis. Larutan penyangga basa mampu mempertahankan pH pada kapasitas penyangganya. Jika lebih dari kapasitas penyangga, pH tidak dapat dipertahankan. b. Penambahan sedikit basa (misalnya, NaOH) terhadap larutan penyangga basa (NH3 dan NH4Cl) Sebagaimana telah dijelaskan sebelumnya, bahwa di dalam larutan penyangga basa NH3 dan NH4Cl terdapat beberapa spesi berikut yaitu, molekul NH3, ion OH-, ion NH4+, ion Cl-, molekul H2O, dan ion H+ yang bergerak terus-menerus dalam larutannya (Gambar 2.4). Dalam larutan tersebut terjadi kesetimbangan basa lemah NH3 dengan ion NH4+ dan ion OH- sebagai berikut: NH3(aq) + H2O(l)

NH4+(aq) + OH-(aq)

Bila ke dalam larutan tersebut ditambahkan sedikit basa (NaOH) akan meningkatkan jumlah ion OH- dalam larutan (Ingat: NaOH dalam air terionisasi menjadi ion Na+ dan ion OH-). Adanya peningkatan jumlah ion OH- ini akan dinetralisir oleh ion NH4+ membentuk molekul NH3 dan molekul air, sehingga jumlah ion OH- dalam larutan relatif tetap. Dengan demikian dalam larutan tersebut tidak terjadi perubahan perbandingan konsentrasi ion H+ dan ion OH- sehingga pH larutan penyangga basa dapat dipertahankan. Model mikroskopik dari proses tersebut dapat dilihat pada Gambar 2.9.

41

Awal

Akhir


4. Cl-

5. OH-

6. H+

Gambar 2.9 Model mikroskopik penambahan sedikit basa ke dalam larutan penyangga basa NH3 dan NH4Cl Berdasarkan gambar di atas tampak bahwa dalam larutan tersebut jumlah molekul NH3 bertambah dan jumlah ion NH4+ berkurang, sedangkan jumlah ion OH- tetap. Secara simbolik penambahan sedikit basa ke dalam larutan penyangga asam dapat dirumuskan sebagai berikut: NH4+(aq) + OH-(aq)

NH3(aq) + H2O(l)

Pada reaksi tersebut ion OH- dan asam konjugat (NH3) membentuk kesetimbangan sebelum reaksi mencapai sempurna. Bila jumlah ion OH- yang ditambahkan menghabiskan ion NH4+ dalam larutan penyangga, maka pH larutan akan berubah drastis. Larutan penyangga basa mampu mempertahankan pH pada kapasitas penyangganya. Jika lebih dari kapasitas penyangga, pH tidak dapat dipertahankan.

42

c. Pengenceran Jika ke dalam larutan penyangga basa ditambahkan air (diencerkan), H2O terurai sedikit sekali menjadi ion H+ dan ion OH-. Penambahan ion H+ dan ion OH- dalam larutan sebanding, masing-masing dinetralisir oleh molekul NH3 untuk ion H+ dan ion NH4+ untuk ion OH- sehingga tidak mengubah perbandingan konsentrasi ion H+ dan ion OH- dalam larutan. Disamping itu juga, kontribusi ion H+ dan ion OH- yang diberikan terlalu kecil sehingga dapat diabaikan. Model mikroskopiknya dapat dilihat pada Gambar 2.10. Awal


Akhir

4. Cl-

5. OH-

6. H+

Gambar 2.10 Model mikroskopik pengenceran ke dalam larutan penyangga basa NH3 dan NH4Cl Berdasarkan gambar di atas tampak bahwa dalam larutan jumlah molekul H2O bertambah tapi tidak berkontribusi terhadap penambahan jumlah ion H+ dan ion OH-. Secara simbolik dapat dirumuskan sebagai berikut:

43

H2O(l)

H+(aq) + OH-(aq) 10-7 M

10-7 M

Jika air yang ditambahkan volumenya sangat besar, bisa mengubah pH secara drastis karena terjadi penambahan ion H+ dan ion OH- yang tidak dapat dinetralisir oleh komponen asam dan basa larutan penyangga. Begitu pula halnya jika konsentrasi komponen penyangga sangat kecil akan dapat mengubah pH karena tidak mampu menetralisir ion H+ dan ion OH- dari H2O. Jika demikian halnya, maka pengenceran akan mengubah perbandingan konsentrasi ion H+ dan ion OH- dalam larutan sehingga pH tidak dapat dipertahankan.

2.6.4 pH Larutan Penyangga pH larutan penyangga bergantung pada Ka asam lemah atau Kb basa lemah serta perbandingan konsentrasi asam dengan konsentrasi basa konjugasi atau perbandingan konsentrasi basa dengan konsentrasi asam konjugasi dalam larutan tersebut. (1) pH Larutan Penyangga Asam pH larutan penyangga asam bergantung pada Ka asam lemah dan perbandingan konsentrasi asam dengan konsentrasi basa konjugasi dalam larutan tersebut. Marilah kita perhatikan larutan penyangga yang mengandung asam lemah (CH3COOH) dan basa konjugasinya (CH3COO-) yang berasal dari garam yang mudah larut dalam air (CH3COONa). Seperti telah dikemukakan sebelumnya, bahwa asam asetat (CH3COOH) dalam larutan mengalami reaksi

44

ionisasi sebagian dalam kesetimbangan (persamaan 2.1), sedangkan garamnya mengalami reaksi ionisasi sempurna (persamaan 2.2). Misal jumlah asam asetat (CH3COOH) yang dilarutkan = a mol dan jumlah yang mengion = x mol, maka susunan kesetimbangan dapat dituliskan sebagai berikut. CH3COOH(aq) Mula-mula :

a mol

Reaksi

-x mol

:

Setimbang :

CH3COO-(aq) + H+(aq) …………(2.1) -

a – x mol

-

+x mol

+x mol

x mol

x mol

Misalkan jumlah mol CH3COONa yang dilarutkan = g mol. Dalam larutan, garam ini mengion sempurna membentuk g mol ion CH3COO- dan g mol ion Na+. CH3COONa(aq) Mula-mula :

g mol

Reaksi

:

-g mol

Akhir

:

-

CH3COO-(aq) + Na+(aq)…………(2.2) -

-

+g mol

+g mol

g mol

g mol

Tetapan kesetimbangan ionisasi untuk reaksi ionisasi asam asetat, sesuai dengan persamaan 2.1 adalah Ka =

[CH 3COO − ][H + ] ……………………………………….(2.3) [CH 3COOH]

Maka konsentrasi ion H+ dalam larutan akan ditentukan oleh persamaan berikut. [H + ] = K a ×

[CH 3 COOH] ……………………………………(2.4) [CH 3 COO − ]

Jumlah ion CH3COO- dalam larutan = (x + g), sedangkan jumlah CH3COOH = (a – x) mol. Oleh karena dalam larutan terdapat banyak ion CH3COO-, yaitu yang 45

berasal dari CH3COONa, maka reaksi kesetimbangan (2.1) akan terdesak ke kiri, sehingga jumlah mol CH3COOH dalam larutan dapat dianggap tetap a mol (a – x = a; jumlah mol CH3COOH yang mengion diabaikan). Dengan alasan yang sama, jumlah mol ion CH3COO- dalam larutan dapat dianggap = g mol (g + x = g; CH3COO- yang berasal dari persamaan 2.1 diabaikan). Dengan asumsi-asumsi tersebut dan konsentrasi dinyatakan sebagai banyaknya mol tiap liter larutan, persamaan 2.4 dapat ditulis sebagai berikut. a [H + ] = K a × V (V = volume larutan) g V

Oleh karena sistem merupakan campuran dalam satu wadah, maka volumenya akan selalu sama, sehingga rumusan tersebut dapat ditulis: [H + ] = K a ×

a ………………………………………………..(2.5) g

pH = − log[H + ] a = − log( K a × ) g = − log pK a − log

a g

atau

a pH= pKa − log …………………………………………….(2.6) g dengan, Ka = tetapan ionisasi asam lemah a = jumlah mol asam lemah

46

g = jumlah mol basa konjugasi Contoh Soal: Sebanyak 50 mL larutan CH3COOH 0,2 M (Ka = 10-5) dicampurkan dengan 50 mL larutan NaOH 0,1 M. Hitunglah pH larutan tersebut! Jawab: Larutan CH3COOH merupakan asam lemah sedangkan larutan NaOH merupakan basa kuat, ketika dicampurkan keduanya akan bereaksi sebagai berikut. CH3COOH(aq) + NaOH(aq)

CH3COONa(aq) + H2O(aq)

Jumlah mol CH3COOH dan NaOH yang dicampurkan adalah sebagai berikut. Jumlah mol CH3COOH = 50 mL × 0,2 mmol/ mL = 10 mmol Jumlah mol NaOH = 50 mL × 0,1 mmol/ mL = 5 mmol Dengan demikian maka reaksi yang terjadi adalah CH3COOH(aq) + NaOH(aq) Mula-mula :

10 mmol

5 mmol -5 mmol

Reaksi

:

-5 mmol

Akhir

:

5 mmol

-

CH3COONa(aq) + H2O(l) +5 mmol 5 mmol

CH3COONa akan mengion sempurna sebagai berikut. CH3COONa(aq)

CH3COO-(aq) + Na+(aq)

Mula-mula :

5 mmol

-

Reaksi

:

5 mmol

+5 mmol

+5 mmol

Akhir

:

5 mmol

5 mmol

-

-

47

Dengan demikian di dalam larutan terdapat 5 mmol CH3COOH (asam lemah) dan 5 mmol CH3COO- (basa konjugasi dari ionisasi garam) yang merupakan komponen larutan penyangga. CH3COOH merupakan asam lemah yang mengion sebagian dalam reaksi kesetimbangan sebagai berikut. CH3COOH(aq) Mula-mula :

5 mmol

Reaksi

-x mmol

:

Setimbang :

5 – x mmol

CH3COO-(aq) + H+(aq) -

-

+x mmol

+x mmol

x mmol

x mmol

Berdasarkan persamaan reaksi tersebut, maka tetapan ionisasi CH3COOH adalah. Ka =

[CH 3COO − ][H + ] [CH 3COOH]

Konsentrasi ion H+ dapat dirumuskan sebagai berikut.

[H + ] = K a ×

[CH 3COOH] [CH 3COO − ]

Jumlah ion CH3COO- dalam larutan = (5 + x), sedangkan jumlah CH3COOH = (5 – x) mol. Oleh karena dalam larutan terdapat banyak ion CH3COO-, yaitu yang berasal dari CH3COONa, maka reaksi kesetimbangan akan terdesak ke kiri, sehingga jumlah mol CH3COOH dalam larutan dapat dianggap tetap 5 mol (5 – x = 5; jumlah mol CH3COOH yang mengion diabaikan). Dengan alasan yang sama, jumlah mol ion CH3COO- dalam larutan dapat dianggap = 5 mol (5 + x = 5; CH3COO- yang berasal dari ionisasi asam asetat diabaikan). Dengan asumsiasumsi tersebut maka:

[H + ] = Ka ×

[CH 3COOH] [CH 3COO − ]

48

5 mmol 100 mL = 10 −5 × 5 mmol 100 mL = 10 −5 pH = − log[H + ] = − log 10 −5 = 5 Jadi, pH larutan adalah 5. Soal: Ke dalam 2 L air ditambahkan asam nitrit (HNO2) dan garam barium nitrit Ba(NO2)2, sehingga konsentrasi HNO2 0,1 M dan konsentrasi Ba(NO2)2 0,2 M. jika diketahui Ka HNO2 = 5 × 10-4, berapakah pH larutan? (2) pH Larutan Penyangga Basa

pH larutan penyangga basa bergantung pada Kb basa lemah dan perbandingan konsentrasi basa dengan konsentrasi asam konjugasi dalam larutan tersebut. Marilah kita perhatikan larutan yang dibuat dengan mencampurkan larutan NH3 dengan larutan NH4Cl. NH3 dalam larutan mengalami reaksi ionisasi sebagian dalam kesetimbangan (persamaan 2.7), sedangkan NH4Cl mengalami reaksi ionisasi sempurna (persamaan 2.8). Misal jumlah NH3 yang dilarutkan = b mol dan jumlah yang mengion = b mol, maka susunan kesetimbangan dapat dituliskan sebagai berikut. NH3(aq) + H2O(l) Mula-mula :

b mol

Reaksi

-x mol

:

Setimbang :

b – x mol

NH4+(aq) + -

OH-(aq) …………(2.7) -

+x mol

+x mol

x mol

x mol

49

Misalkan jumlah mol NH4Cl yang dilarutkan = g mol. Dalam larutan, garam ini mengion sempurna membentuk g mol ion NH4+ dan g mol ion Cl-. NH4+(aq) + Cl-(aq) …………………………(2.8)

NH4Cl(aq) Mula-mula :

g mol

Reaksi

:

-g mol

Akhir

:

-

-

-

+g mol

+g mol

g mol

g mol

Tetapan kesetimbangan ionisasi untuk reaksi ionisasi NH3, sesuai dengan persamaan 2.7 adalah +

[NH 4 ][OH − ] Kb = …………………………………………...(2.9) [NH 3 ] Maka konsentrasi ion OH- dalam larutan akan ditentukan oleh persamaan berikut. [OH − ] = K b ×

[NH 3 ] +

[NH 4 ]

……………………………………….(2.10)

Jumlah ion NH4+ dalam larutan = (g + x), sedangkan jumlah NH3 = (b – x) mol. Oleh karena dalam larutan terdapat banyak ion NH4+, yaitu yang berasal dari NH4Cl, maka reaksi kesetimbangan (2.7) akan terdesak ke kiri, sehingga jumlah mol NH3 dalam larutan dapat dianggap tetap b mol (b – x = b; jumlah mol NH3 yang mengion diabaikan). Dengan alasan yang sama, jumlah mol ion NH4+ dalam larutan dapat dianggap = g mol (g + x = g; NH4+ yang berasal dari persamaan 2.7 diabaikan). Dengan asumsi-asumsi tersebut dan konsentrasi dinyatakan sebagai banyaknya mol tiap liter larutan, persamaan 2.10 dapat ditulis sebagai berikut. b [OH − ] = K b × V (V = volume larutan) g V

50

Oleh karena sistem merupakan campuran dalam satu wadah, maka volumenya akan selalu sama, sehingga rumusan tersebut dapat ditulis: [OH − ] = K b ×

b ……………………………………………(2.11) g

pOH = − log[OH − ] b = − log( K b × ) g = − log pK b − log

b g

atau

b pOH= pKb− log …………………………………………(2.12) g dengan, Kb = tetapan ionisasi basa lemah b = jumlah mol basa lemah g = jumlah mol asam konjugasi Contoh Soal: Sebanyak 50 mL larutan NH3 0,1 M (Kb = 10-5) dicampurkan dengan 100 mL larutan NH4Cl 0,25 M. Hitunglah pH larutan itu! Jawab: Jumlah mol NH3 = 50 mL × 0,1 mmol/ mL = 5 mmol Jumlah mol NH4Cl = 100 mL × 0,25 mmol/ mL = 25 mmol NH3 dalam larutan akan mengion sebagian dalam kesetimbangan berikut. NH3(aq) + H2O(l) Mula-mula :

5 mmol

NH4+(aq) + -

OH-(aq) -

51

Reaksi

:

-x mmol

+x mmol

+x mmol

Setimbang :

5 – x mol

x mmol

x mmol

NH4Cl akan mengion sempurna dalam larutannya, sebagai berikut. NH4Cl(aq) → NH4+(aq) Mula-mula : 25 mmol Reaksi

: -25 mmol

Akhir

:

-

+ Na+(aq)

-

-

+25 mmol

+25 mmol

25 mmol

25 mmol

+

[NH 4 ][OH − ] Kb = [NH 3 ] [OH − ] = K b ×

[NH 3 ] +

[NH 4 ]

Adanya ion NH4+ dari hasil ionisasi NH4Cl dalam larutan menyebabkan reaksi kesetimbangan NH3 terdesak ke kiri sehingga NH3 dianggap tidak mengion dan jumlah NH3 sama dengan jumlah NH3 mula-mula yaitu 5 mmol. Begitu pula jumlah ion NH4+ dapat dianggap hanya berasal dari garam, sedangkan ion NH4+ yang berasal dari ionisasi NH3 diabaikan. [OH − ] = 10 −5 ×

5 25

= 2 × 10 −6 pOH = -log [H+] = − log 2 × 10 −6 = 6 – log 2 pH = 14 – pOH = 14 – (6 – log 2) = 8 + log 2 Jadi, pH larutan adalah 8 + log 2. Soal:

52

Ke dalam 40 mL larutan NH3 0,2 M (Kb = 10-5) ditambahkan 100 mL larutan HCl 0,02 M. Hitunglah pH larutan itu!

2.6.5 Peranan Larutan Penyangga dalam Tubuh Makhluk Hidup

Reaksi kimia yang terjadi di dalam tubuh manusia merupakan reaksi enzimatis, yaitu reaksi yang melibatkan enzim sebagai katalisator. Enzim sebagai katalisator hanya dapat bekerja dengan baik pada pH tertentu (pH optimumnya). Agar enzim tetap bekerja secara optimum, diperlukan lingkungan reaksi dengan pH yang relatif tetap, untuk itu maka diperlukan larutan penyangga atau buffer. Di dalam setiap cairan tubuh terdapat pasangan asam basa konjugasi yang berfungsi sebagai larutan penyangga. Cairan tubuh, baik sebagai cairan intra sel (dalam sel) dan cairan ekstra sel (luar sel) memerlukan sistem penyangga tersebut untuk mempertahankan harga pH cairan tersebut. Sistem penyangga ekstra sel yang penting adalah penyangga karbonat (H2CO3 dan HCO3-) yang berperan dalam menjaga pH darah, dan sistem penyangga fosfat (H2PO4- dan HPO42-) yang berperan menjaga pH cairan intra sel. 1. Sistem Penyangga Karbonat dalam Darah

Darah mempunyai pH yang relatif tetap di sekitar 7,4. Hal ini dimungkinkan karena adanya sistem penyangga H2CO3 dan HCO3-, sehingga meskipun setiap saat darah dimasuki berbagai zat yang bersifat asam maupun basa akan selalu dapat dinetralisir pengaruhnya terhadap perubahan pH. Bila darah dimasuki zat yang bersifat asam, maka ion H+ dari asam tersebut akan bereaksi dengan ion HCO3-:

53

H+(aq) + HCO3-(aq)

H2CO3(aq)

Sebaliknya bila darah kemasukan zat yang bersifat basa maka ion OH- akan bereaksi dengan H2CO3: OH-(aq) + H2CO3(aq)

HCO3-(aq) + H2O(l)

Perbandingan konsentrasi HCO3- : H2CO3 dalam darah sekitar 20 : 1. Perbandingan ini agak konstan karena adanya kesetimbangan antara gas CO2 terlarut dalam darah dengan H2CO3, serta kesetimbangan kelarutan gas CO2 dari paru-paru dengan CO2 yang terlarut. CO2(g) + H2O(l)

CO2(aq) + H2O(l)

H2CO3(aq)

Maka bila di dalam darah banyak terlarut H2CO3, darah akan segera melepaskan gas CO2 ke dalam paru-paru. Bila metabolisme tubuh meningkat (misalnya akibat olahraga atau ketakutan), maka pada proses metabolisme tersebut banyak dihasilkan zat-zat yang bersifat asam masuk ke dalam aliran darah, akibatnya akan bereaksi dengan HCO3- dalam darah yang menghasilkan H2CO3 dalam darah. Tingginya kadar H2CO3 akan mengakibatkan turunnya harga pH, untuk menjaga agar penurunan pH tidak terlalu besar, maka H2CO3 akan segera terurai menjadi gas CO2 dan H2O, akibat yang terjadi adalah pernafasan berlangsung lebih cepat agar darah dapat membuang CO2 ke dalam paru-paru dengan cepat. Hal yang sebaliknya akan terjadi bila oleh suatu sebab darah banyak mengandung basa (ion OH-). Adanya basa akan diikat oleh H2CO3 yang selanjutnya akan berubah menjadi ion HCO3-. Dengan demikian, diperlukan gas CO2 dari paru-paru yang harus

54

dimasukkan ke dalam darah untuk menggantikan H2CO3 tadi dan ini mengakibatkan nafas berlangsung lebih cepat pula. Darah mempunyai kisaran pH 7,0 – 7,8. Di luar harga tersebut akan berakibat fatal. Penyakit yang timbul akibat pH darah terlalu rendah disebut dengan asidosis, sedangkan bila pH darah terlalu tinggi disebut dengan alkalosis. Mekanisme di atas dapat digambarkan sebagai berikut. Awal

Keterangan: 1. H2O 2. H2CO3 3. HCO3Partikel-partikel bergerak terus-menerus

Akhir

4. H+

5. OH-

Gambar 2.11 Model mikroskopik sistem penyangga karbonat dalam darah 2. Sistem Penyangga Fosfat dalam Cairan Intra Sel

Cairan intra sel merupakan media penting untuk berlangsungnya reaksi metabolisme tubuh yang dapat menghasilkan zat-zat yang bersifat asam atau basa. Adanya zat hasil metabolisme yang berupa asam akan dapat menurunkan harga pH cairan intra sel, dan sebaliknya bila dihasilkan zat yang bersifat basa akan dapat menaikkan pH cairan intra sel. Di dalam proses metabolisme tersebut

55

dilibatkan banyak enzim yang bekerja. Enzim akan bekerja dengan baik pada lingkungan pH tertentu. Oleh karena itu pH cairan intra sel harus selalu dijaga agar pH-nya tetap, sehingga semua enzim akan bekerja dengan baik. Apabila ada satu enzim saja yang bekerja tidak sempurna, maka akan dapat timbul penyakit metabolik. Sistem penyangga fosfat (H2PO4- dan HPO42-) merupakan sistem penyangga yang bekerja untuk menjaga pH cairan intra sel. Bila dari proses metabolisme dihasilkan banyak zat yang bersifat asam, maka akan segera bereaksi dengan ion HPO42-, HPO42-(aq) + H+(aq)

H2PO4-(aq)

Dan bila pada proses metabolisme sel menghasilkan senyawa yang bersifat basa, maka ion OH- akan bereaksi dengan ion H2PO4-, H2PO4-(aq) + OH-(aq)

HPO42-(aq) + H2O(l)

Dengan demikian perbandingan [H2PO4-]/ [HPO42-] akan selalu tetap, dan ini akan menyebabkan pH larutan tetap. Sistem penyangga fosfat dalam cairan intra sel digambarkan sebagai berikut:

56

Awal

Keterangan: 1. H2O 2. H2PO43. HPO42Partikel-partikel bergerak terus-menerus

Akhir

4. H+

5. OH-

Gambar 2.12 Model mikroskopik sistem penyangga fosfat dalam cairan intra sel

3. Sistem Penyangga Asam Amino/ Protein

Asam amino mengandung gugus yang bersifat asam dan gugus yang bersifat basa. Oleh karena itu, asam amino dapat berfungsi sebagai sistem penyangga di dalam tubuh. Adanya kelebihan ion H+ akan diikat oleh gugus yang bersifat basa, dan bila ada kelebihan ion OH- akan diikat oleh ujung yang bersifat asam. Dengan demikian, larutan yang mengandung asam amino akan mempunyai pH relatif tetap.

2.6.6 Matriks Materi Larutan Penyangga terhadap Tiga Level Representasi Kimia

Berdasarkan uraian di atas dapat dibuat matriks materi larutan penyangga terhadap tiga level representasi kimia, sebagai berikut. 57

Tabel 2.2 Matriks Materi Larutan Penyangga terhadap Tiga Level Representasi Kimia

Label Konsep Larutan penyangga asam

Makroskopik

Mikroskopik

Larutan asam lemah ditambahkan garamnya membentuk larutan penyangga asam.

Contoh larutan CH3COOH dan CH3COONa. CH3COOH dalam larutan akan terionisasi sebagian kecil menjadi ion CH3COO- dan ion H+ sedangkan CH3COONa akan terionisasi sempurna di dalam larutan menjadi ion CH3COO- dan ion Na+. Dengan demikian di dalam larutan akan terdapat molekul CH3COOH yang tidak terionisasi, ion CH3COO- hasil ionisasi sebagian kecil CH3COOH dan hasil ionisasi sempurna CH3COONa, ion H+ hasil ionisasi sebagian kecil CH3COOH, dan ion Na+ hasil ionisasi sempurna CH3COONa. Selain itu di dalam larutan juga terdapat molekul-molekul H2O yang terionisasi sebagian kecil menjadi ion H+ dan ion OH-. Partikel-partikel yang terdapat dalam larutan tersebut dapat digambarkan sebagai berikut.

Simbolik Asam lemah: CH3COOH(aq) Garam: CH3COONa(aq) Air: H2O(l)

CH3COO-(aq) + H+(aq) CH3COO-(aq) + Na+(aq)

H+(aq) + OH-(aq)

Keterangan: 1. H2O 4. Na+ 2. CH3COOH 5. H+ 3. CH3COO6. OHLarutan merupakan larutan encer sehingga jumlah molekul H2O dalam larutan sangat banyak. Partikel-partikel dalam larutan bergerak terus-menerus.

Dari gambar tampak bahwa di dalam larutan terdapat molekul

58

Larutan penyangga basa

Larutan basa lemah ditambahkan garamnya membentuk larutan penyangga basa.

CH3COOH dan ion CH3COO- yang merupakan komponen penyangga dengan ion H+ lebih banyak dibandingkan ion OH-. Demikian larutan tersebut merupakan penyangga asam. Contoh larutan NH3 dan NH4Cl. NH3 dalam larutan akan terionisasi sebagian kecil menjadi ion NH4+ dan ion OH- sedangkan NH4Cl akan terionisasi sempurna di dalam larutan menjadi ion NH4+ dan ion Cl-. Dengan demikian di dalam larutan akan terdapat molekul NH3 yang tidak terionisasi, ion NH4+ hasil ionisasi sebagian kecil NH3 dan hasil ionisasi sempurna NH4Cl, ion OH- hasil ionisasi sebagian kecil NH3, dan ion Cl- hasil ionisasi sempurna NH4Cl. Selain itu di dalam larutan juga terdapat molekul-molekul H2O yang terionisasi sebagian kecil menjadi ion H+ dan ion OH-. Partikel-partikel yang terdapat dalam larutan tersebut dapat digambarkan sebagai berikut.

Basa lemah: NH3(aq) + H2O(l) Garam: NH4Cl(aq) Air: H2O(l)

NH4+(aq) + OH-(aq)

NH4+(aq) + Cl-(aq) H+(aq) + OH-(aq)

Keterangan: 1. H2O 4. Cl2. NH3 5. OH3. NH4+ 6. H+ Larutan merupakan larutan encer sehingga jumlah molekul H2O dalam larutan sangat banyak. Partikel-partikel bergerak terusmenerus dalam larutan.

Dari gambar tampak bahwa di dalam larutan terdapat molekul NH3 dan ion NH4+ yang merupakan komponen penyangga dengan ion OH- lebih banyak dibandingkan ion H+. Demikian larutan tersebut merupakan penyangga basa.

59

Sifat Larutan Penyangga Asam

Sifat larutan penyangga asam dapat mempertahan kan pH akibat penambahan sedikit asam, basa, atau pengenceran

a. Penambahan sedikit asam Jika sedikit asam (HCl) ditambahkan ke dalam larutan penyangga CH3COO-(aq) + H+(aq) asam CH3COOH dan CH3COONa, maka jumlah ion H+ dalam larutan akan meningkat (Ingat: HCl dalam air terionisasi menjadi ion H+ dan ion Cl-). Penambahan jumlah ion H+ ini akan dinetralisir oleh komponen basa dalam larutan penyangga (ion CH3COO-) membentuk molekul CH3COOH. Proses tersebut dapat digambarkan sebagai berikut: Awal

Keterangan: 1. H2O 2. CH3COOH 3. CH3COOPartikel-partikel bergerak terus-menerus

CH3COOH(aq)

Akhir

4. Na+

5. H+

6. OH-

Berdasarkan gambar tersebut tampak bahwa tidak terdapat perubahan jumlah ion H+ dan ion OH- dalam larutan. Dengan demikian pH dapat dipertahankan. 60

b. Penambahan sedikit basa Jika sedikit basa (NaOH) ditambahkan ke dalam larutan CH3COOH(aq) + OH-(aq) penyangga asam CH3COOH dan CH3COONa, maka jumlah ion OH- + H2O(l) dalam larutan akan meningkat (Ingat: NaOH dalam air terionisasi menjadi ion Na+ dan ion OH-). Penambahan jumlah ion OH- ini akan dinetralisir oleh komponen asam dalam larutan penyangga (molekul CH3COOH) membentuk ion CH3COO-. Proses tersebut dapat digambarkan sebagai berikut: Awal


CH3COO-(aq)

Akhir

4. Na+

5. H+

6. OH-


c. Pengenceran Jika ditambahkan air (diencerkan), molekul H2O terurai sedikit H2O(l) sekali menjadi ion H+ dan ion OH-. Penambahan jumlah ion H+ sama dengan penambahan jumlah ion OH- yang masing-masing akan dinetralkan oleh ion CH3COO- dan molekul CH3COOH. Selain itu juga H2O yang terurai sangat sedikit sekali. Proses tersebut dapat digambarkan sebagai berikut. Awal


H+(aq) + OH-(aq) 10-7 M 10-7 M

Akhir

4. Na+

5. H+

6. OH-

Dari gambar tersebut tampak bahwa penambahan jumlah H2O tidak berkontribusi terhadap perubahan jumlah ion H+ dan ion OH-. Dengan demikian pH larutan dapat dipertahankan.

62

Sifat Larutan Penyangga Basa

Sifat larutan penyangga basa dapat mempertahan kan pH akibat penambahan sedikit asam, basa, atau pengenceran

a. Penambahan sedikit asam Jika sedikit asam (HCl) ditambahkan ke dalam larutan penyangga NH3(aq) + H+(aq) basa NH3 dan NH4Cl, maka jumlah ion H+ dalam larutan akan meningkat (Ingat: HCl dalam air terionisasi menjadi ion H+ dan ion Cl-). Penambahan jumlah ion H+ ini akan dinetralisir oleh komponen basa dalam larutan penyangga (molekul NH3) membentuk ion NH4+. Proses tersebut dapat digambarkan sebagai berikut: Awal


NH4+(aq)

Akhir

4. Cl-

5. OH-

6. H+


b. Penambahan sedikit basa Jika sedikit basa (NaOH) ditambahkan ke dalam larutan NH4+(aq) + OH-(aq) penyangga basa NH3 dan NH4Cl, maka jumlah ion OH- dalam larutan akan meningkat (Ingat: NaOH dalam air terionisasi menjadi ion Na+ dan ion OH-). Penambahan jumlah ion OH- ini akan dinetralisir oleh komponen asam dalam larutan penyangga (ion NH4+) membentuk molekul NH3. Proses tersebut dapat digambarkan sebagai berikut: Awal


NH3(aq) + H2O(l)

Akhir

4. Cl-

5. OH-

6. H+

Berdasarkan gambar tersebut tampak bahwa tidak terdapat perubahan jumlah ion H+ dan ion OH- dalam larutan. Dengan demikian pH dapat dipertahankan.

64

c. Pengenceran Jika ditambahkan air (diencerkan), molekul H2O terurai sedikit H2O(l) sekali menjadi ion H+ dan ion OH-. Penambahan jumlah ion H+ sama dengan penambahan jumlah ion OH- yang masing-masing akan dinetralkan oleh ion CH3COO- dan molekul CH3COOH. Selain itu juga H2O yang terurai sangat sedikit sekali. Proses tersebut dapat digambarkan sebagai berikut. Awal


H+(aq) + OH-(aq) 10-7 M 10-7 M

Akhir

4. Cl-

5. OH-

6. H+

Dari gambar tersebut tampak bahwa penambahan jumlah H2O tidak berkontribusi terhadap perubahan jumlah ion H+ dan ion OH-. Dengan demikian pH larutan dapat dipertahankan.

65

Peranan Larutan Penyangga dalam Tubuh Makhluk Hidup

Cairan tubuh baik baik cairan intra sel maupun cairan ekstra sel memiliki pH yang relatif tetap

a. Sistem karbonat dalam darah (H2CO3 dan HCO3-) Bila darah kemasukkan zat yang bersifat asam, maka ion H+ dari asam tersebut akan dinetralkan oleh ion HCO3-. Dan bila darah kemasukkan zat yang bersifat basa, maka ion OH- dari basa akan dinetralkan oleh molekul H2CO3. Proses tersebut dapat digambarkan sebagai berikut: Awal

Keterangan: 1. H2O 2. H2CO3 3. HCO3Partikel-partikel bergerak terus-menerus

Kemasukan asam: HCO3-(aq) + H+(aq) Kemasukan basa: H2CO3(aq) + OH-(aq)

H2CO3(aq) HCO3-(aq)

Akhir

4. H+

5. OH-

Dari gambar tersebut tampak bahwa tidak terdapat perubahan jumlah ion H+ dan ion OH- sehingga pH dapat dipertahankan.

66

b. Sistem penyangga fosfat dalam cairan intra sel (H2PO4- dan HPO42-) Bila dari proses metabolisme dihasilkan banyak zat yang bersifat asam, maka ion H+ akan segera dinetralkan oleh ion HPO42- dan bila pada proses metabolisme dihasilkan banyak zat yang bersifat basa, maka ion OH- akan bereaksi dengan ion H2PO4-. Proses tersebut dapat digambarkan sebagai berikut. Awal Akhir

Apabila dihasilkan asam: H2PO4HPO42-(aq) + H+(aq) Apabila dihasilkan basa: H2PO4-(aq) + OH-(aq)

HPO42-

Keterangan: 1. H2O 2. H2PO43. HPO424. H+ 5. OHPartikel-partikel bergerak terus-menerus Dari gambar tersebut tampak bahwa tidak terdapat perubahan jumlah ion H+ dan ion OH- sehingga pH dapat dipertahankan.

67

BAB II LEVEL MIKROSKOPIK DALAM BUKU TEKS KIMIA SMA, PEMBELAJARAN, DAN PEMAHAMAN SISWA PADA MATERI LARUTAN PENYANGGA

Recommend Documents