Larutan Penyangga

LARUTAN PENYANGGA

A. PENGERTIAN

Larutan penyangga atau dikenal juga dengan nama larutan buffer adalah larutan yang dapat mempertahankan nilai pH apabila larutan tersebut ditambahkan sejumlah asam atau basa maupun diencerkan dengan menambah sejumlah volume air.

Jadi apabila suatu larutan penyangga ditambahkan asam atau basa ataupun diencerkan maka nilai pH larutan penyangga tersebut akan tetap. Andaikan kita memiliki larutan penyangga ber-pH 6.5 kemudian kedalam larutan penyangga itu kita tetesi sejumlah asam (misalnya HCl) lalu pH larutan tersebut kita ukur pH nya maka pH larutan tersebut akan tetap 6.5. Hal yang sama juga terjadi bila larutan penyangga itu kita tetesi basa (misalnya KOH) ataupun kita tambahkan air sehingga volumenya menjadi 3 kali volume semula, pHnya akan tetap menunjukan 6.5.

Berapa banyak asam atau basa yang bisa kita tambahkan ke dalam larutan penyangga sehingga nilai pH larutan penyangga tersebut akan tetap?

Jumlah asam atau basa yang dapat kita tambahkan ke dalam suatu larutan penyangga adalah terbatas dan hal ini tergantung dari konsentrasi komponen penyususn larutan penyangga itu sendiri.

Jadi setiap larutan penyangga memiliki batasan sampai berapa banyak dia mampu menampung asam atau basa yang ditambahkan kepadanya sehingga larutan penyangga tersebut mampu mempertahankan nilai pH seperti semula. Hal inilah yang kita kenal dengan istilah “Kapasitas

 

Komposisi Larutan Penyangga”.

Sifat yang khas dari larutan penyangga ini adalah pH-nya hanya berubah sedikit dengan pemberian sedikit asam kuat atau basa kuat.

Larutan penyangga asam terbuat dari “asam lemah dan garam dari basa konjugasinya” sedangakan larutan penyangga basa dibuat dari “basa lemah dengan garam dari asam konjugasinya”.

Sekarang perhatikan Gambar 1 berikut!

Diketahui, zat X, Y, dan Z adalah larutan penyangga.

Berdasarkan Gambar 2:

Zat X adalah larutan penyangga basa , zat Y adalah larutan penyangga asam , dan zat Z adalah larutan penyangga basa.

Jadi, ada 2 jenis larutan penyangga yaitu:

1. larutan penyangga asam yang terdiri dari campuran asam lemah dan basa konjugasinya.
2. larutan penyangga basa yang terdiri dari campuran basa lemah dan asam konjugasinya.

Larutan penyangga dapat dibuat secara langsung dan secara tidak langsung. Hal ini tergantung dari sumber asam konjugasi/basa konjugasi dari asam lemah/ basa lemahnya.

Perhatikan peta konsep berikut!

Perhatikanlah Gambar 3 berikut!

Berdasarkan Gambar 3, jika larutan penyangga terbentuk dengan cara tersebut maka larutan penyangga dinamakan dibuat secara langsung.

Perhatikanlah Gambar 4 berikut!

Berdasarkan Gambar 4, jika larutan penyangga terbentuk dengan cara tersebut maka larutan penyangga dinamakan dibuat secara tidak langsung  . Setiap reaksi asam lemah dengan basa kuat atau basa lemah dengan asam kuat akan selalu menghasilkan larutan penyangga, asalkan konsentrasi asam lemah/basa lemah harus lebih besar dari pada konsentrasi basa kuat/asam kuat.

Perhatikan Gambar 5 berikut untuk menjelaskan bagaimana reaksi asam lemah dengan basa kuat menghasilkan larutan penyangga!

Berdasarkan keterangan dapat disimpulkan:

Selain campuran asam lemah dengan garamnya / basa lemah dengan garamnya, suatu larutan penyangga juga dapat dibuat dengan mencampurkan asam lemah  dengan basa kuat atau basa lemah dengan asam kuat Asalkan konsentrasi yang lemah harus lebih besar daripada yang kuat.

 

Prinsip Kerja Larutan Penyangga

1.     Prinsip Kerja Larutan Penyangga Asam

(Misal: HNO₂/NO₂^– yang dibuat dari campuran HNO₂ dengan NaNO₂)

Perhatikanlah gambar berikut!

a.     Apabila ditambahkan sedikit asam kuat (Misal: HCl)

Berdasarkan Gambar 6a,  Larutan penyangga HNO₂/NO₂^– dapat dibuat dari campuran HNO₂ dan NaNO₂. Berarti dalam larutan ini terkandung molekul HNO₂, ion H⁺, Na⁺ dan NO₂^–. Penambahan sedikit asam kuat akan menambah konsentrasi H⁺ dalam larutan (6b), namun kelebihan ini dinetralisasi oleh NO₂^–, membentuk HNO₂ sehingga kesetimbangan bergeser ke arah HNO₂. Hal ini membuat jumlah H⁺ dalam larutan menjadi tetap. Akibatnya (6c) nilai pH tetap.

b. Apabila ditambahkan sedikit basa kuat (Misal: NaOH)

Berdasarkan  Gambar 7b,  penambahan sedikit basa kuat akan memunculkan ion baru dalam larutan penyangga HNO₂/NO₂^–  yaitu OH^–, namun ion tersebut dinetralisasi oleh HNO₂, membentuk NO₂^– sehingga kesetimbangan bergeser ke arah NO₂^–. Hal ini membuat OH^– tidak mengganggu H⁺ dalam larutan. Akibatnya (7c) nilai pH tetap.

c. Apabila dilakukan pengenceran dengan H₂O

 

Berdasarkan  Gambar 8, jika dilakukan pengenceran dengan H₂O maka derajat ionisasi (α) asam lemah akan naik (Hukum Pengenceran Ostwald) yang berarti menambah jumlah ion H⁺ dan NO₂^– dari ionisasi asam lemah (8b). Akan tetapi karena volume larutan juga bertambah maka penambahan konsentrasi H⁺ menjadi tidak berarti. Akibatnya (8c) nilai pH tetap.

Berdasarkan keterangan di atas, dapat disimpulkan prinsip kerja larutan penyangga asam dalam mempertahankan pH adalah sebagai berikut:

1. Setiap penambahan H⁺ akan dinetralisasi oleh basa konjugasi.
2. _{Setiap penambahan OH^– akan dinetralisasi oleh asam lemah.}
3. _{Setiap pengenceran dengan H2O berarti memperbesar jumlah ion H⁺ dan basa konjugasi dari ionisasi asam lemah namun penambahan konsentrasi H⁺ menjadi tidak berarti karena volume larutan juga bertambah.}

2. Prinsip Kerja Larutan Penyangga Basa

(Misal: NH₃/NH₄⁺ yang dibuat dari campuran NH₄OH dengan NH₄Cl)

 a.     Apabila ditambahkan sedikit asam kuat (Misal: HCl)

Berdasarkan Gambar 9a, Larutan penyangga NH₃/NH₄⁺ dapat dibuat dari campuran NH₄OH(bentuk NH₃ dalam air) dan NH₄Cl. Berarti dalam larutan ini terkandung molekul NH₄OH, ion NH₄⁺, ion OH^– dan Cl^–. Penambahan sedikit asam kuat akan memunculkan ion baru dalam larutan (9b) yaitu H⁺, namun ion tersebut dinetralisasi oleh NH₄OH, membentuk NH₄⁺  sehingga kesetimbangan bergeser ke arah NH₄⁺. Hal ini membuat H⁺ tidak mengganggu OH^– dalam larutan. Akibatnya (9c) nilai pH tetap.

b. Apabila ditambahkan sedikit basa kuat (Misal: NaOH)

Berdasarkan Gambar 10, Penambahan sedikit basa kuat akan menambah konsentrasi OH^– dalam larutan, namun kelebihan ini dinetralisasi oleh NH₄⁺, membentuk NH₄OH sehingga kesetimbangan bergeser ke arah NH₄OH. Hal ini membuat jumlah OH^– dalam larutan menjadi tetap. Akibatnya (10c) nilai pH tetap.

c. Apabila dilakukan pengenceran dengan H₂O

Berdasarkan Gambar 11, jika dilakukan pengenceran dengan H₂O maka derajat ionisasi (α) basa lemah akan naik/turun*₍₂₉₎ (Hukum Pengenceran Ostwald) yang berarti menambah jumlah ion OH^– dan NH₄⁺ dari ionisasi basa lemah (11b). Akan tetapi karena volume larutan juga bertambah maka penambahan konsentrasi OH^– menjadi tidak berarti. Hal ini (11c) membuat nilai pH tetap.

Berdasarkan keterangan di atas, dapat disimpulkan prinsip kerja larutan penyangga basa dalam mempertahankan pH adalah sebagai berikut:

1. Setiap penambahan H⁺akan dinetralisasi oleh basa lemah.
2. Setiap penambahan OH- akan dinetralisasi oleh asam konjugasi
3. Setiap pengenceran dengan H₂O berarti memperbesar jumlah ion OH- dan asam konjugasi dari ionisasi basa lemah, namun penambahan konsentrasi OH- menjadi tidak berarti karena volume larutan juga bertambah

pH larutan penyangga tergantung oleh konsentrasi asam lemah/ basa lemah, konstanta kesetimbangan asam lemah/ basa lemah dan konsentrasi garamnya. Dalam suatu sistem larutan penyangga akan terdapat dua jenis reaksi yaitu reaksi kesetimbangan asam lemah/ basa lemah dan reaksi ionisasi garamnya.

1. Menghitung pH Larutan Penyangga Asam

Konstanta kesetimbangan asam lemah:

 

                                                                                         sehingga:

                                                                                 maka:

                                                                              dan diperoleh:

2. Menghitung pH Larutan Penyangga Basa

Konstanta kesetimbangan basa lemah:

                                                                                      sehingga:

                                                                               maka:

                                                          Sehingga diperoleh:

Manfaat Larutan Penyangga

Larutan penyangga sangat penting dalam kehidupan; misalnya dalam 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. Darah dalam tubuh manusia mempunyai kisaran pH 7,35 sampai 7,45, dan apabila pH darah manusia di atas 7,8 akan menyebabkan organ tubuh manusia dapat rusak, sehingga harus dijaga kisaran pHnya dengan larutan penyangga.

1. Darah Sebagai Larutan Penyangga

Ada beberapa faktor yang terlibat dalam pengendalian pH darah, diantaranya penyangga karbonat, penyangga hemoglobin dan penyangga fosfat.

a. Penyangga Karbonat

Penyangga karbonat berasal dari campuran asam karbonat (H ₂ CO ₃ ) dengan basa konjugasi bikarbonat (HCO ₃ ).

H ₂ CO _{3 (aq)} –> HCO _3(aq) + H ⁺ _(aq)

Penyangga karbonat sangat berperan penting dalam mengontrol pH darah. Pelari maraton dapat mengalami kondisi asidosis, yaitu penurunan pH darah yang disebabkan oleh metabolisme yang tinggi sehingga meningkatkan produksi ion bikarbonat. Kondisi asidosis ini dapat mengakibatkan penyakit jantung, ginjal, diabetes miletus (penyakit gula) dan diare. Orang yang mendaki gunung tanpa oksigen tambahan dapat menderita alkalosis, yaitu peningkatan pH darah. Kadar oksigen yang sedikit di gunung dapat membuat para pendaki bernafas lebih cepat, sehingga gas karbondioksida yang dilepas terlalu banyak, padahal CO ₂ dapat larut dalam air menghasilkan H ₂ CO ₃ . Hal ini mengakibatkan pH darah akan naik. Kondisi alkalosis dapat mengakibatkan hiperventilasi (bernafas terlalu berlebihan, kadang-kadang karena cemas dan histeris).

b. Penyangga Hemoglobin

Pada darah, terdapat hemoglobin yang dapat mengikat oksigen untuk selanjutnya dibawa ke seluruh sel tubuh. Reaksi kesetimbangan dari larutan penyangga oksi hemoglobin adalah:

HHb + O _{2 (g)} « HbO ₂ ^– + H ⁺

Asam hemoglobin ion aksi hemoglobin

Keberadaan oksigen pada reaksi di atas dapat memengaruhi konsentrasi ion H ⁺, sehingga pH darah juga dipengaruhi olehnya. Pada reaksi di atas O ₂ bersifat basa. Hemoglobin yang telah melepaskan O ₂ dapat mengikat H ⁺ dan membentuk asam hemoglobin. Sehingga ion H ⁺ yang dilepaskan pada peruraian H ₂ CO ₃ merupakan asam yang diproduksi oleh CO ₂ yang terlarut dalam air saat metabolisme.

c. Penyangga Fosfat

Pada cairan intra sel, kehadiran penyangga fosfat sangat penting dalam mengatur pH darah. Penyangga ini berasal dari campuran dihidrogen fosfat (H ₂ PO ₄ ^– ) dengan monohidrogen fosfat (HPO ₃ ^2- ).

H ₂ PO ₄ ^– _(aq) + H ⁺ _(aq) –> H ₂ PO _4(aq)

H ₂ PO ₄ – _(aq) + OH ^– _(aq) –> HPO ₄ ^2- _(aq) ) + H ₂ O _(aq)

Penyangga fosfat dapat mempertahankan pH darah 7,4. Penyangga di luar sel hanya sedikit jumlahnya, tetapi sangat penting untuk larutan penyangga urin.

2. Air Ludah sebagai Larutan Penyangga

Gigi dapat larut jika dimasukkan pada larutan asam yang kuat. Email gigi yang rusak dapat menyebabkan kuman masuk ke dalam gigi. Air ludah dapat mempertahankan pH pada mulut sekitar 6,8. Air liur mengandung larutan penyangga fosfat yang dapat menetralisir asam yang terbentuk dari fermentasi sisa-sisa makanan.

3. Menjaga keseimbangan pH tanaman.

Suatu metode penanaman dengan media selain tanah, biasanya ikerjakan dalam kamar kaca dengan menggunakan mendium air yang berisi zat hara, disebut dengan hidroponik . Setiap tanaman memiliki pH tertentu agar dapat tumbuh dengan baik. Oleh karena itu dibutuhkan larutan penyangga agar pH dapat dijaga.

4. Larutan Penyangga pada Obat-Obatan

Asam asetilsalisilat merupakan komponen utama dari tablet aspirin, merupakan obat penghilang rasa nyeri. Adanya asam pada aspirin dapat menyebabkan perubahan pH pada perut. Perubahan pH ini mengakibakan pembentukan hormon, untuk merangsang penggumpalan darah, terhambat; sehingga pendarahan tidak dapat dihindarkan. Oleh karena itu, pada aspirin ditambahkan MgO yang dapat mentransfer kelebihan asam.

 

Tinggalkan komentar