Bahan Ajar Larutan Penyangga [PDF]

Citation preview

LARUTAN PENYANGGA



Indikator: Menjelaskan komponen pembentuk larutan penyangga dengan. Menjelaskan prinsip kerja larutan penyangga dengan Menghitung pH larutan penyangga dengan Menjelaskan fungsi larutan penyangga dalam tubuh makhluk hidup



A. Definisi Larutan Penyangga 0



Larutan penyangga adalah larutan yang dapat menahan atau mempertahankan harga pH jika ditambahkan sedikit asam, sedikit basa dan pengenceran Larutan penyangga disebut juga larutan penahan, larutan buffer atau larutan dapar. Larutan penyangga bekerja paling baik dalam mengendalikan pH pada harga pH yang hampir sama dengan pKa komponen asam atau basa, yaitu ketika garam sama dengan asam, bisa juga dipergunakan jika [asam]/[garam] atau [basa]/[garam] antara 0,1-10. Angka 0,1-10 ini disebut daerah buffer yaitu daerah yang masih efektif untuk menahan pH. B. Komponen Larutan Penyanga Larutan penyangga dibedakan atas larutan penyangga asam dan larutan penyangga basa. 1) larutan penyangga asam. Larutan penyangga asam mengandung suatu asam lemah (HA) dengan basa konjugasinya (A-). Basa konjugasi merupakan basa yang berasal dari asam setelah kehilangan H+. Contoh: CH3COOH(aq) + H2O(l) CH3COO-(aq) + H+ (aq) + H2O(aq) CH3COONa(aq) CH3COO-(aq) + Na+(aq) Dalam reaksi tersebut, CH3COOH merupakan asam lemah sedangkan CH3COO- merupakan basa konjugasi. Campuran asam lemah CH3COOH dan basa konjugasinya, yaitu ion CH3COOmembentuk larutan penyangga. Dalam pembentukan larutan penyangga ini, ion CH3COO- dapat berasal dari garam CH3COONa, CH3COOK, atau (CH3COO)2Ba, atau garam lain dari campuran basa konjugasi dengan basa kuat. 2) larutan penyangga basa. Larutan penyangga basa mengandung basa lemah (M) dengan asam konjugasinya (MH+). Contoh: NH3(aq) + H2O(l) NH4+ (aq) + OH-(aq) NH4Cl(aq) NH4+(aq) + Cl-(aq) Campuran basa lemah NH4OH dan asam konjugasinya yaitu ion + NH4 membentuk larutan penyangga. Dalam pembentukan larutan penyangga, ion NH4+ dapat berasal dari garam seperti NH 4Cl, NH4Br, 1



(NH4)2SO4 , atau garam dari campuran asam konjugasi dengan asam kuat.



Jadi, Larutan Penyangga (Buffer) dapat dibuat dengan cara sebagai berikut: Larutan Penyangga (Buffer) Asam Campuran Asam lemah + Garamnya (Contoh: CH3COOH + CH3COONa) Campuran Asam lemah berlebih + Basa Kuat (Contoh: 100 mL CH3COOH 0,1 M + 50 mL NaOH 0,1 M) Larutan Penyangga (Buffer) Basa Campuran Basa lemah + Garamnya (Contoh : NH4OH + NH4Cl) Campuran Basa lemah berlebih + Asam Kuat (Contoh: 100 mL NH4OH 0,1 M + 50 mL HCl 0,1 M)



C. Prinsip Kerja Larutan Penyangga Jika ke dalam larutan penyangga ditambahkan sedikit asam, asam tersebut akan bereaksi dengan zat yang bersifat basa. Begitu juga sebaliknya, jika ditambahkan sedikit basa, basa tersebut akan bereaksi dengan zat yang bersifat asam. 1) Pengaruh penambahan sedikit asam atau sedikit basa terhadap larutan penyangga Sebagai contoh, larutan penyangga yang terbentuk dari campuran asam lemah CH3COOH dan basa konjugasinya (ion CH3COO-). Jika ke dalam campuran tersebut ditambahkan sedikit asam, misalnya HCl, akan terjadi reaksi berikut: CH3COO-(aq) + HCl(aq)  CH3COOH(aq) + Cl-(aq) Berdasarkan reaksi ini, berarti jumlah basa konjugasi (ion CH 3COO-) akan berkurang dan asam lemah CH3COOH akan bertambah. Mekanisme penambahan asam ke dalam larutan penyangga akan menurunkan konsentrasi basa konjugasi dan meningkatkan konsentrasi asam. Perubahan ini tidak menyebabkan perubahan pH yang besar. Jika ke dalam campuran tersebut ditambahkan sedikit basa NaOH akan terjadi reaksi berikut, CH3COOH(aq) + NaOH(aq)  CH3COO-(aq) + Na+(aq) + H2O(l) Berdasarkan reaksi tersebut, berarti jumlah asam lemah CH 3COOH akan berkurang dan basa konjugasi (ion CH 3COO-) akan bertambah. Seperti pada penambahan sedikit asam, perubahan inipun tidak menyebabkan perubahan pH yang besar. 2



Contoh lain, larutan penyangga dari campuran basa lemah NH4OH dan asam konjugasinya (ion NH 4+). Setiap penambahan asam akan bereaksi dengan zat yang bersifat basa dan setiap penambahan basa akan bereaksi dengan zat yang bersifat asam. Jika ke dalam campuran tersebut ditambahkan sedikit asam, misalnya HCl akan terjadi reaksi sebagai berikut: NH4OH(aq) + HCl(aq)  NH4+(aq) + Cl-(aq) + H2O(l) Jika kedalam campuran tersebut ditambahkan basa, misalnya NaOH akan terjadi reaksi berikut: NH4+(aq) + NaOH(aq)  NH4OH(aq) + Na+(aq) Pengaruh penambahan sedikit asam atau sedikit basa terhadap campuran basa lemah dan asam konjugasinya, praktis tidak mengubah pH larutan penyangga tersebut selama penambahan asam atau basa tersebut tidak sampai menghabiskan salah satu komponen buffer (Sutresna, 2006: 107-108). 2) Pengaruh pengenceran terhadap larutan penyangga Derajat keasaman atau pH suatu larutan penyangga ditentukan oleh komponen-komponennya. Dalam perhitungan pH larutan penyangga, komponen-komponen tersebut membentuk perbandingan tertentu. Jika campuran tersebut diencerkan, harga perbandingan komponen-komponen tersebut tidak berubah sehingga pH larutan penyangga juga praktis tidak berubah. Berapapun tingkat pengenceran larutan penyangga, secara teoritis tidak akan mengubah harga pH. D. Perhitungan pH Larutan Penyangga pH Larutan Penyangga Asam



[ H  ]  Ka 



pH larutan Penyangga Basa



Mol Asam lemah Mol Basa Konjugasi



[OH  ]  Kb 



Atau



Atau pH  pKa  log



dengan:



Ka Kb



Mol Basa lemah Mol Asam Konjugasi



pOH  pKb  log



Mol Asam lemah Mol Basa Konjugasi



Mol Basa lemah Mol Asam Konjugasi



= tetapan disosiasi asam lemah (pKa = - log Ka) = tetapan ionisasi basa lemah (pKb = - log Kb)



3



Ingat: pH pOH pH + pOH



= -log [H+] = -log [OH-] = 14



Contoh Contoh Soal: Soal: Suatu larutan penyangga mengandung CH3COONa 0,4 mol dan CH3COOH 0,25 mol. Jika Ka = 1,8 x 10-5, maka Sebanyak 50 mL larutan NH3 0,1 M (Kb = 10–5) dicampur tentukan pH larutan penyangga. dengan 100 mL larutan NH4Cl 0,5 M. Hitunglah pH larutan tersebut!. Pembahasan: Diketahui: Pembahasan: mol CH3COONa = 0,4 mol Diketahui: mol CH3COOH = 0,25 mol mol NH 50 x x 10 0,1-5 = 5 mmol Ka3 ==1,8 mol NH4Cl = 100 x 0,5 = 50 mmol Ditanya: pH larutan = …? Kb penyangga = 10-5 Jawab: Ditanya: pH larutan penyangga terlebih = … ? dahulu Kita cari mol basa konjugasinya Jawab: CH3COONa(aq) CH3COO- (aq)+ Na+(aq)Awal : 0,4 mol––Reaksi :0,4 Kita cari mol basa konjugasinya terlebih dahulu: mol0,4 mol0,4 molSisa :–0,4 mol0,4 mol Cl(aq) merupakan NH4+ (aq)+ Clbuffer Awalasam, : 50 mmol––Reaksi :50 KarenaNHlarutan maka yang dihitung 4 (aq) + adalah [Hmmol50 ] nya: mmolSisa :– 50 mmol 50 mmol mmol50 Karena larutannya merupakan buffer basa, maka yang dihitung Cara I : [OH-] nya: adalah Cara I :



= 1,125 . 10-5



= - log [H+] = - log 1,125 . 10-5 = 0,1 . 10-5 = 5 – log 1,125 = 10-6 = 5 – 0,051 = 4,949 pOH = - log. 10-6 =6 pH = 14 - 6 Cara II := 8 Cara II : = (5 – log 1,8) – = (5 – 0,255) – (- 0,204) 5 – log ==4,745 + 0,204 4 5 – log 0,1 ==4,949 = 5 – (- 1) =6 pH



=8



Jadi, pH larutan penyangga sebesar 4,94.



5



Fungsi Larutan Penyangga Sistem larutan penyangga banyak digunakan dalam reaksi-reaksi kimia. Misalnya, reaksi kimia yang banyak digunakan dalam bidang kesehatan dan dalam tubuh manusia, dalam reaksi kimia tersebut dibutuhkan pH yang stabil. Berikut beberapa fungsi larutan penyangga: 1) Fungsi Larutan Penyangga dalam Bidang Kesehatan Pada bidang farmasi, banyak zat aktif yang harus berada dalam keadaan pH stabil. Perubahan pH akan menyebabkan khasiat zat aktif tersebut berkurang atau hilang sama sekali. Contohnya: obat tetes mata digunakan campuran asam borat (H 2BO3) dan natrium borat (NaHBO3). Obat tetes mata harus memiliki pH yang sesuai dengan pH air mata agar tidak menimbulkan iritasi yang mengakibatkan rasa perih pada mata. Pada minuman isotonik maupun sari buah digunakan campuran asam sitrat dan natrium sitrat. 2) Fungsi Larutan Penyangga dalam Tubuh Pada tubuh manusia, sistem larutan penyangga terdapat dalam sel, cairan antar sel dan dalam darah. Sistem larutan penyangga dalam sel, contohnya adalah campuran asam dihidrogen fosfat (H 2PO4-) dan basa konjugasinya yaitu monohidrogen fosfat (HPO42-). Sistem larutan penyangga dalam cairan antar sel, contohnya adalah campuran asam karbonat (H2CO3) dan basa konjugasinya yaitu ion bikarbonat (HCO3-). Sistem larutan penyangga dalam darah, contohnya yaitu campuran asam karbonat (H2CO3) dan basa konjugasinya (ion bikarbonat HCO3-) serta campuran asam hemoglobin HHb dan basa konjugasinya HbO2-. Ayo AyoBerlatih: Berlatih: Berikut ini yang dapat membentuk Larutan penyangga adalah… Campuran asam lemah dan basa lemah Campuran asam lemah dan basa kuat Campuran asam lemah dan garamnya Campuran asam kuat dan basa lemah Campuran asam kuat dan basa kuat Campuran di bawah ini yang dapat membentuk larutan penyangga adalah . . . . Asam nitrat dengan natrium asetat Asam fosfat dengan natrium asetat Asam nitrat dengan kalium nitrat Asam asetat dengan natrium asetat Asam asetat dengan natrium nitrat Di bawah ini yang merupakan larutan buffer adalah…. 100 mL CH3COOH 0,2 M + 200 mL NaOH 0,1 M 100 mL CH3COOH 0,1 M + 100 mL NaOH 0,2 M 100 mL HCl 0,1 M + 25 mL NH4Cl 0,25M 10 mL HCl 1 M + 100 mL NH4Cl 0,1 M



6 10 mL NaOH 1 M + 100 mL HCN 0,2 M



Perhatikan data percobaan berikut. Dari data tersebut yang termasuk larutan penyangga adalah.... A. I D. IV C. II E. V E. III Sebanyak 6 mmol larutan NH3 0 (Kb = 10-5) dicampur dengan 4 mmol larutan HCl 0,10 M. pH campuran adalah … 1 D. 8,669 3 E. 9,301 4,301



pH larutan yang mengandung 6 gram CH3COOH (Mr = 60) dan 0,1 mol CH3COONa adalah … (Ka = 1,0 × 10–5) 1 D. 9 5 E. 12 7 Larutan 25 mL NH4OH 0,2 M (Kb = 10-5) dicampur dengan 25 mL larutan HCl 0,1M. pH larutan yang terjadi adalah … 5 D. 9 5,5 E. 13 8,5



Jika larutan buffer yang mengandung 0,4 mol NH4OH dan 0,2 mol NH4Cl



ditambahkan ke dalamnya 100 mL HCl 1 M, maka besarnya pH akhir campuran adalah … (Kb NH4OH = 105 )



5 6,699 8



D. 8,699 E. 9



Sebanyak 100 mL CH3COOH 0,15 M dicampurkan dengan 50 mL larutan NaOH 0,2M. Jika Ka CH3COOH = 10-5, maka pH larutan tersebut adalah …



2,222 2,301 4,523



D. 5,301 E. 5,523



Sebanyak 50 mL larutan HCN 0,2 M dicampur dengan 50 mL Ca(CN)2 larutan 0,1M. Jika Ka HCN = 10-6, maka pH campuran adalah … 5,699 D. 6,699 6 E. 7 6,301



7



Larutan penyangga yang mengandung campuran ammonium klorida dan larutan ammonia (Kb = 10-5) mempunyai pH = 9. Perbandingan [NH3] dengan [NH4Cl] dalam campuran tersebut adalah . . . . 1:1 D. 1 : 5 1:9 E. 5 : 9 9:5



Berikut ini merupakan senyawa/ion yang dapat bersifat sebagai penyangga: CH3COOH dan CH3COO− 4. H2CO3 dan HCO3− NH3 dan NH4+



5. H2PO4− dan HPO42−



HCOOH dan HCOO− Larutan penyangga yang terdapat dalam cairan intrasel darah adalah … 1 D. 4 2 E. 5 3 Ke dalam 1 liter larutan asam asetat 0,1 M yang pH-nya = 3 ditambakan garam natrium asetat supaya pHnya menjadi 2 kali semula. Ka asam asetat = 10-5. Garan natrium setat yang ditambahkan sebanyak . . . . 1 mol D. 0.001 mol 0,1 mol E. 0,0001 mol 0,01 mol Diantara campuran larutan di bawah ini yang bukan merupakan larutan penyangga adalah . . . . Larutan asam asetat dengan laruta Barium asetat Larutan Asam sianida dengan larutan Natrium sianida Larutan Asam Klorida dengan larutan Natrium klorida Larutan Asam Fluorida dengan larutan Kalium Fluorida Larutan ammonia dengan larutan ammonium sulfat Manakah dari yang berikut ini yang tidak mungkin membentuk buffer jika dicampur dengan NaHCO3? NaOH HCl H2CO3



E. KOH



D. H2O



Perhatikan senyawa/ion berikut: NH4+ 4. HCO3− NH3 CO3



5. H2CO3



2−



Senyawa/ion yang berfungsi sebagai penyangga pada cairan luar sel adalah …. 1 dan 2 D. 3 dan 4 1 dan 3 E. 4 dan 5 2 dan 3



8