Kurikulum 2013
kimia LARUTAN PENYANGGA Tujuan Pembelajaran Setelah mempelajari materi ini, kamu diharapkan memiliki kemampuan berikut. 1. Memahami pengertian larutan penyangga dan penggunaannya dalam kehidupan sehari-hari. 2. Memahami jenis-jenis larutan penyangga dan cara pembuatannya. 3. Memahami kapasitas dan cara kerja larutan penyangga. 4. Dapat menentukan pH larutan penyangga.
A. Pengenalan Larutan Penyangga dan Penggunaannya Larutan penyangga (buffer) adalah larutan yang dapat digunakan untuk mempertahankan pH pada rentang tertentu. Larutan penyangga terdiri atas suatu asam lemah dengan basa konjugasinya, atau basa lemah dengan asam konjugasinya. Coba ingat kembali teori asam-basa Bronsted-Lowry. Dari penjelasan tersebut, dapat diketahui bahwa larutan penyangga terdiri atas asam/basa lemah dengan basa/asam konjugasinya. Sebagai contoh, suatu larutan yang mengandung CH3COOH dan ion CH3COO– disebut sebagai larutan penyangga. Demikian pula dengan larutan yang mengandung NH3 dan ion NH4+. Adanya campuran dari asam/ basa lemah dengan basa/asam konjugasinya ini akan mempertahankan pH larutan dalam rentang tertentu. Ini berarti, pH larutan penyangga tidak berubah walaupun ditambah sedikit asam kuat atau basa kuat atau saat dilakukan pengenceran.
K e l a s
XI
Ada sistem-sistem atau reaksi kimia dalam kehidupan yang hanya dapat berlangsung dengan efektif pada suatu rentang pH yang sempit. Untuk mendapatkan rentang pH yang sempit ini diperlukan larutan penyangga. Dua contoh larutan penyangga yang sangat penting dalam kehidupan adalah sebagai berikut. 1. Campuran asam karbonat (H2CO3) dengan ion bikarbonat (HCO3–) dalam darah berfungsi untuk mempertahankan nilai pH pada rentang sekitar 7,4. 2. Campuran H2PO4– dengan HPO42– berfungsi sebagai sistem penyangga pada cairan intraseluler.
B. Jenis-Jenis Larutan Penyangga dan Cara Pembuatannya 1. Jenis-Jenis Larutan Penyangga Larutan penyangga dibedakan menjadi dua, yaitu larutan penyangga asam dan larutan penyangga basa. Untuk memahami kedua jenis larutan ini, perhatikan penjelasan berikut.
2.
a.
Larutan Penyangga Asam Larutan penyangga asam terdiri atas asam lemah dan basa konjugasinya. Larutan penyangga ini bekerja untuk mempertahankan pH sistem pada daerah asam (pH < 7). Contoh larutan penyangga asam adalah campuran dari CH3COOH dengan CH3COONa yang mengandung basa konjugasi CH3COO–.
b.
Larutan Penyangga Basa Larutan penyangga basa terdiri atas basa lemah dan asam konjugasinya. Larutan penyangga ini bekerja untuk mempertahankan pH sistem pada daerah basa (pH > 7). Contoh larutan penyangga basa adalah campuran dari NH4OH dengan NH4Cl yang mengandung asam konjugasi NH4+.
Pembuatan Larutan Penyangga a.
Larutan Penyangga Asam Komposisi dari larutan penyangga asam adalah asam lemah dengan basa konjugasinya. Komposisi tersebut dapat dibuat dengan dua cara, yaitu sebagai berikut. 1.) Mencampurkan asam lemah dengan garamnya. 2.) Mencampurkan asam lemah berlebih dengan basa kuat.
b.
Larutan Penyangga Basa Komposisi dari larutan penyangga basa adalah basa lemah dengan asam konjugasinya. Komposisi tersebut dapat dibuat dengan dua cara, yaitu sebagai berikut. 1.) Mencampurkan basa lemah dengan garamnya. 2.) Mencampurkan basa lemah berlebih dengan asam kuat.
2
C. Kapasitas dan Cara Kerja Larutan Penyangga 1. Kapasitas Larutan Penyangga Larutan penyangga dapat digunakan untuk mempertahankan pH larutan pada rentang tertentu. Oleh karena itu, penambahan sedikit asam, sedikit basa, atau pengenceran relatif tidak mengubah pH larutannya. Semakin besar kemampuan larutan penyangga untuk mempertahankan pH larutan, semakin baik sifat larutan penyangga tersebut. Kemampuan larutan penyangga untuk mempertahankan pH ini disebut sebagai kapasitas larutan penyangga. Kapasitas larutan penyangga ditentukan oleh dua faktor, yaitu sebagai berikut.
2.
a.
Jumlah mol asam/basa lemah dan jumlah mol basa/asam konjugasi dalam larutan. Sebagai contoh, suatu larutan penyangga yang dibuat dari 1 mol CH3COOH dan 1 mol CH3COONa memiliki kapasitas yang lebih besar daripada larutan penyangga yang dibuat dari 0,1 mol CH3COOH dan 0,1 mol CH3COONa.
b.
Perbandingan jumlah mol asam/basa lemah dan jumlah mol basa/asam konjugasi. Sebagai contoh, larutan penyangga yang dibuat dari 1 mol CH3COOH dan 1 mol CH3COONa memiliki kapasitas yang lebih besar daripada larutan penyangga yang dibuat dari 1 mol CH3COOH dan 2 mol CH3COONa. Hal ini terjadi karena kapasitas maksimal larutan penyangga dicapai saat perbandingan mol asam/basa lemah dan basa/asam konjugasi sama dengan 1 : 1 (mol asam/basa lemah = mol basa/asam konjugasi).
Cara Kerja Larutan Penyangga Pada dasarnya, larutan penyangga yang terdiri atas asam lemah dan basa konjugasinya merupakan suatu sistem kesetimbangan ion dalam air. Sebagai contoh, jika ke dalam campuran asam lemah CH3COOH dan basa konjugasi CH3COO- ditambahkan suatu asam, ion H+ dari asam akan bereaksi dengan komponen basa konjugasi, yaitu ion CH3COO–. Jika ke dalam campuran tersebut ditambahkan basa, ion OH– dari basa akan bereaksi dengan komponen asam lemah, yaitu CH3COOH. Dengan demikian, penambahan asam atau basa pada larutan penyangga tidak mengubah pH larutannya. Hal yang sama juga terjadi pada larutan penyangga basa. Sebagai contoh, jika ke dalam campuran NH4OH dan NH4Cl yang mengandung asam konjugasi NH4+ ditambahkan suatu asam, ion H+ dari asam akan bereaksi dengan komponen basa lemah, yaitu NH4OH. Jika ke dalam campuran tersebut ditambahkan basa, ion OH– dari basa akan bereaksi dengan komponen asam konjugasi, yaitu NH4+. Dengan demikian, penambahan asam atau basa pada larutan penyangga tidak mengubah pH larutannya.
3
D. Perhitungan pH Larutan Penyangga 1. Larutan Penyangga Asam Larutan penyangga asam dibuat untuk mempertahankan pH pada area asam. Oleh karena itu, nilai pH larutan penyangga ini dapat ditentukan dari besarnya konsentrasi ion H+. Rumus yang digunakan untuk menghitung konsentrasi ion H+ adalah sebagai berikut. [H+] = K a ×
a
( g × valensi)
Keterangan: [H+] = konsentrasi ion H+; Ka = konstanta ionisasi asam lemah; a = mol asam dalam larutan penyangga; g = mol garam dalam larutan penyangga; valensi = jumlah anion sisa asam yang dilepaskan oleh garam; dan (g × valensi) = jumlah mol basa konjugasi.
Contoh Soal 1 Tentukan pH larutan penyangga yang dibuat dengan mencampurkan 100 mL CH3COOH 0,1 M dengan 100 mL CH3COONa 0,1 M! (Ka CH3COOH = 1 × 10–5) Penyelesaian: Diketahui: mol CH3COOH = 100 mL × 0,1 M = 10 mmol mol CH3COONa = 100 mL × 0,1 M = 10 mmol valensi = koefisien ion CH3COO- dalam garam CH3COONa, yaitu 1 Ka CH3COOH = 1 × 10–5 Ditanya: pH = ...? Dijawab: Konsentrasi ion H+ dalam larutan dirumuskan sebagai berikut. [H+] = K a ×
( g × valensi)
= 10 -5 × = 10–5
a
10 mmol 10 mmol × 1
4
Dengan demikian, diperoleh: pH = – log [H+] = – log 10–5 = 5 Jadi, pH larutan penyangga tersebut adalah 5.
2.
Larutan Penyangga Basa Larutan penyangga basa dibuat untuk mempertahankan pH pada area basa. Oleh karena itu, nilai pH larutan penyangga ini dapat ditentukan dari besarnya konsentrasi ion OH–. Rumus yang digunakan untuk menghitung konsentrasi ion OH– adalah sebagai berikut. [OH–] = K b ×
b
( g × valensi)
Keterangan: [OH–] = konsentrasi ion OH–; Kb = konstanta ionisasi basa lemah; b = mol basa dalam larutan penyangga; g = mol garam dalam larutan penyangga; valensi = jumlah kation basa yang dilepaskan oleh garam; dan (g × valensi) = jumlah mol asam konjugasi.
Contoh Soal 2 Tentukan pH larutan penyangga yang dibuat dengan mencampurkan 100 mL NH4OH 0,1 M dengan 100 mL NH4Cl 0,1 M! (Kb NH3 = 2 × 10–5) Penyelesaian: Diketahui: mol NH4OH = 100 mL × 0,1 M = 10 mmol mol NH4Cl = 100 mL × 0,1 M = 10 mmol valensi = koefisien ion NH4+ dalam garam NH4Cl, yaitu 1. Kb NH3 = 2 × 10–5 Ditanya: pH = ...?
5
Dijawab: Konsentrasi ion OH– dalam larutan dirumuskan sebagai berikut. [OH–] = K b ×
b
( g × valensi)
= 2 × 10 -5 ×
10 mmol 10 mmol × 1
= 2 × 10–5 Dengan demikian, diperoleh: pOH = – log [OH–] = – log (2 × 10–5) = 5 – log 2 Oleh karena pH + pOH = 14, maka: pH = 14 – pOH = 14 – (5 – log 2) = 9 + log 2 Jadi, pH larutan penyangga tersebut adalah 9 + log 2.
6
