Bab 6 Larutan Buffer

Pada bab keenam ini akan dipelajari tentang pengertian larutan buffer, macam-macam larutan buffer, sifat larutan buffer, dan fungsi larutan buffer.

BAB 6

LARUTAN BUFFER

Larutan buffer adalah larutan yang mengandung asam lemah dan basa konjugasinya atau basa lemah dan asam konjugasinya. Larutan buffer mempunyai sifat menyangga usaha untuk mengubah pH seperti penambahan asam, basa, atau pengenceran. Artinya, pH larutan buffer praktis tidak berubah walaupun kepadanya ditambahkan sedikit asam kuat atau basa kuat atau bila larutan diencerkan.

A. Pengertian Larutan Buffer

Larutan buffer adalah larutan yang dapat menyangga (mempertahankan) pH. Larutan buffer memiliki pH yang

konstan, terhadap pengaruh pengenceran atau ditambah

sedikit asam atau basa. Secara teoritis berapa pun diencer-kannya pH tidak akan berubah, tetapi dalam praktiknya jika pengenceran besar sekali, jelas pH-nya akan berubah. Nama lain larutan buffer adalah larutan dapar atau larutan penyang-ga.

Tujuan Pembelajaran

Setelah merancang dan melakukan percobaan, diharapkan siswa mampu:

1. Mengukur pH larutan buffer dan bukan buffer setelah ditambah sedikit asam, basa, atau pengenceran.

2. Menghitung pH atau pOH larutan buffer dengan menggunakan prinsip kesetim-bangan.

3. Menjelaskan fungsi larutan buffer dalam kehidupan sehari-hari.

Bab 6

B. Macam-macam Larutan Buffer

1. Larutan buffer yang mengandung campuran asam lemah dan basa konjugasinya

Contoh:

Larutan yang terdiri atas: CH₃COOH dan CH₃COONa

Rumus: [H+] = ˜ [asam]

[basa konjugasi]

a

K

pH = –log [H+_]

Keterangan:

K_a = tetapan ionisasi asam [asam] = konsentrasi asam

[basa konjugasi] = konsentrasi basa konjugasi

Contoh soal:

a. Berapa pH campuran yang terdiri atas 50 mL larutan CH₃COOH 0,2 M dan 50 mL larutan CH₃COONa 0,1 M bila K_a = 10–5_?

Jawab: [H+_{] = ˜} [asam]

[basa konjugasi]

a

K

= 10–5 ˜ (0,2 )

(0,1 )

M M

= 2 ˜ 10–5

pH = –log 2 ˜ 10–5

= 5 – log 2

b. Tentukan pH larutan bila 25 mL larutan CH₃COOH 0,2 M dicampurkan dengan 25 mL larutan KOH 0,1 M

Jawab:

[H+_{] = ˜} [asam]

[basa konjugasi]

a

K

= 10–5 ˜ (2,5 mmol)

(2,5 mmol)

= 10–5

pH = –log 10–5

= 5

2. Larutan buffer yang mengandung campuran basa lemah dan asam konjugasinya

Contoh: larutan yang terdiri atas NH₄OH dan NH₄Cl

Rumus: [OH–_{] =} ˜ [basa]

[asam konjugasi]

b

K

pOH = –log [OH–_]

pH = 14 – pOH

Keterangan:

K_b = tetapan ionisasi basa [basa] = konsentrasi basa

[asam konjugasi] = konsentrasi asam konjugasi

Contoh soal:

a. Sebanyak 50 mL larutan NH₄OH 0,1 M dicampur dengan 50 mL (NH₄)₂SO₄ 0,1 M. Hitung pH cam-puran yang terjadi jika K_b = 10–5_!

Jawab:

Campuran berisi larutan NH₄OH dan + 4 NH maka bersifat buffer basa.

CH₃COOH + KOH o CH₃COOK + H₂O

Untuk lebih memahami sifat larutan buffer, maka akan dipelajari pengaruh penambahan asam kuat, basa kuat, dan pengenceran terhadap pH larutan buffer dan larutan bukan buffer. Sebagai larutan buffer digunakan larutan yang me-ngandung CH₃COOH 0,1 M dan NaCH₃COO 0,1 M, sedangkan larutan bukan buffer digunakan larutan NaCl 0,1 M. Kegiatan 6.1 dilakukan sebagai berikut. Sebanyak 9 gelas kimia ukuran 100 mL diisi dengan larutan buffer masing-masing 10 mL. Kemudian, ke dalam gelas:

1 ditambahkan 1 mL larutan HCl 0,1 M

2 ditambahkan 5 mL larutan HCl 0,1 M

3 ditambahkan 10 mL larutan HCl 0,1 M

4 ditambahkan 11 mL larutan HCl 0,1 M

5 ditambahkan 1 mL larutan NaOH 0,1 M

6 ditambahkan 5 mL larutan NaOH 0,1 M

7 ditambahkan 10 mL larutan NaOH 0,1 M

8 ditambahkan 11 mL larutan NaOH 0,1 M

9 ditambahkan 20 mL air suling.

Setelah itu pH larutan pada setiap gelas diukur dengan indikator universal. Hal yang sama dilakukan pula terhadap larutan bukan buffer. Secara teori, pH larutan-larutan yang diuji pada Kegiatan 6.1 di atas adalah sebagai berikut.

pH awal: Larutan buffer: (4,75) Larutan bukan buffer: 7

pH setelah penambahan larutan HCl dan NaOH serta setelah pengenceran:

Perubahan pH larutan buffer dan bukan buffer di atas dalam bentuk grafik ditunjukkan oleh gambar 6.2.

Berdasarkan keterangan tersebut dapat disimpulkan sifat-sifat larutan buffer sebagai berikut.

1. pH larutan buffer praktis tidak berubah pada penambahan sedikit asam kuat atau sedikit basa kuat atau peng-enceran.

2. pH larutan buffer berubah pada penambahan asam kuat atau basa kuat yang relatif banyak, yaitu apabila asam kuat atau basa kuat yang ditambahkan menghabiskan komponen larutan buffer itu, maka pH larutan akan ber-ubah drastis.

3. Daya penyangga suatu larutan buffer bergantung pada jumlah mol komponennya, yaitu jumlah mol asam lemah dan basa konjugasinya atau jumlah mol basa lemah dan asam konjugasinya.

Gambar 6.2 Grafik perubahan pH larutan buffer (a) dan larutan bukan buffer (b) pada penambahan asam kuat dan basa kuat

½ ¾

¿ditambah 0,001 mol HCl

Untuk lebih jelasnya perhatikan contoh soal berikut.

Contoh soal:

100 mL larutan yang mengandung CH₃COOH 0,01 mol dan CH₃COONa 0,02 mol dan K_a = 10–5_.

Tentukan: 1. pH larutan;

2. pH larutan bila ditambah 0,001 mol HCl; 3. pH larutan bila ditambah 0,001 mol NaOH;

4. pH larutan bila diencerkan dengan menambah 100 mL air!

Jawab:

1. [CH₃COOH] = 0,01 mol/0,1 liter = 0,1 M

[CH₃COONa] = 0,02 mol/0,1 liter = 0,2 M

[H+_{] = ˜} [asam]

[basa konjugasi]

a

K

= 10–5 _˜ (0,1)

(0,2)

= 1

2 10

–5

pH = –log ˜ 1

2 ˜ 10

–5

= 5 + log 2 = 5 + 0,3010 = 5,30

2. CH₃COOH = 0,01 mol CH₃COONa = 0,02 mol

Reaksi:

CH₃COONa + HCl o CH₃COOH + NaCl

½ ¾

¿ditambah 0,001 mol NaOH

[H+_{] = ˜} [asam]

[basa konjugasi]

a

K

= 10–5 _˜ (0,011)

(0,019)

= 10–5 _˜ 11

19

pH = –log 11

19 ˜ 10

–5

= 5 – log 11

19

= 5,24

3. CH₃COOH = 0,01 mol CH₃COONa = 0,02 mol

Reaksi: CH₃COOH + NaOH o CH₃COONa + H₂O

t = 0: 0,01 mol 0,001 mol 0,02 mol yang bereaksi: 0,001 mol 0,001 mol – setelah reaksi: 0,009 mol – 0,021 mol (Reaksi bergeser ke kanan)

[H+_{] =} ˜ [asam]

[basa konjugasi]

a

K

= 10–5 ˜ (0,009)

(0,021)

= 10–5 ˜ 9

21

pH = –log 9

21 ˜ 10

–5

= 5 – log 9

21

Larutan buffer digunakan secara luas dalam kimia analitis, biokimia, dan bakteriologi, juga dalam fotografi, industri kulit, dan zat warna. Dalam tiap bidang tersebut, terutama dalam biokimia dan bakteriologi, diperlukan rentang pH tertentu yang sempit untuk mencapai hasil optimum. Kerja suatu enzim, tumbuhnya kultur bakteri, dan proses biokimia lainnya sangat sensitif terhadap perubahan pH.

Cairan tubuh, baik cairan intra sel maupun cairan luar sel, merupakan larutan buffer. Sistem buffer yang utama dalam

D. Fungsi Larutan Buffer

4. CH₃COOH = 0,01 mol CH₃COONa = 0,02 mol

[H+_{] =} ˜ [asam]

[basa konjugasi]

a

K

= 10–5 ˜ (0,01 mol/0,2 l)

(0,02 mol/0,2 l)

= 1

2 10

–5

pH = –log 1

2 ˜ 10

–5

= 5 + log 2 = 5 + 0,3010 = 5,3010

Berdasarkan contoh soal di atas dapat dilihat peru-bahan harga pH sangat kecil maka dapat disimpulkan bahwa sifat larutan buffer bila ditambah sedikit asam, basa, atau pengenceran pH-nya tetap.

½ ¾ ¿

cairan intra sel adalah pasangan asam basa konjugasi

dihidro-genfosfat-monohidrogenfosfat (H PO_{2 4}– 2 4

HPO ). Sistem ini

bereaksi dengan asam dan basa sebagai berikut.

Adapun sistem penyangga utama dalam cairan luar sel (darah) adalah pasangan asam basa konjugasi asam

karbonat bikarbonat (H₂CO₃ – HCO ).3 Sistem ini bereaksi

dengan asam dan basa sebagai berikut.

H₂CO₃(aq) + OH–_(aq)

Sistem penyangga di atas membantu menjaga pH darah hampir konstan, yaitu sekitar 7,4.

Perbandingan konsentrasi HCO₃ terhadap H₂CO₃ yang diperlukan untuk menjadikan pH = 7,4 adalah 20 : 1. Jumlah HCO3 yang relatif jauh lebih banyak itu dapat dimengerti

karena hasil-hasil metabolisme yang diterima darah lebih banyak yang bersifat asam. Proses metabolisme dalam jaringan terus-menerus membebaskan asam-asam seperti asam laktat, asam fosfat, dan asam sulfat. Ketika asam-asam itu memasuki pem-buluh darah maka ion HCO₃ akan berubah menjadi H₂CO₃, kemudian H₂CO₃ akan terurai membentuk CO₂. Pernapasan akan meningkat untuk mengeluarkan kelebihan CO₂ melalui paru-paru. Apabila darah harus menerima zat yang bersifat basa maka H₂CO₃ akan berubah menjadi HCO3. Untuk

mem-pertahankan perbandingan HCO₃/H₂CO₃ tetap 20 : 1 maka

Apabila mekanisme pengaturan pH dalam tubuh gagal, seperti dapat terjadi selama sakit, sehingga pH darah turun di bawah 7,0 atau naik ke atas 7,8, dapat menyebabkan keru-sakan permanen pada organ tubuh atau bahkan kematian.

Faktor-faktor yang dapat menyebabkan keadaan

asidosis (penurunan pH) adalah penyakit jantung, penyakit ginjal, diabetes mellitus (penyakit gula), diare yang terus-menerus, atau makanan berkadar protein tinggi dalam jangka waktu lama. Keadaan asidosis sementara dapat terjadi karena olahraga intensif yang dilakukan terlalu lama. Alkalosis

(peningkatan pH darah) dapat terjadi sebagai akibat muntah yang hebat, hiperventilasi (bernapas terlalu berlebihan, kadang-kadang karena cemas atau histeris atau berada di ketinggian). Suatu penelitian yang dilakukan terhadap para pendaki gunung yang mencapai puncak Everest (8.848 m) tanpa oksigen tambahan menunjukkan pH darah mereka berada di antara 77,7–7,8. Hiperventilasi diperlukan untuk mengatasi tekanan oksigen yang amat rendah (kira-kira 43 mmHg) di tempat setinggi itu.

Percobaan

pH Larutan Buffer

Tujuan: mengamati perubahan pH larutan buffer

Alat dan Bahan:

- erlenmeyer - CH₃COOH 0,1 M

- tabung reaksi - CH₃COONa 0,1 M

- indikator universal - NaOH 0,1 M - pipet tetes - akuades/air - NaCl 0,1 M

Cara Kerja:

1. Masukkan 3 mL CH₃COOH 0,1 M dengan 3 mL CH₃COONa 0,1 M dalam erlenmeyer dan kocoklah. 2. Ambillah masing-masing 1 mL campuran tersebut

3. Tambahkan tetes demi tetes NaOH 0,1 M sampai p H-nya berubah dan catat berapa tetes NaOH yang diperlukan.

4. Tambahkan tetes demi tetes HCl 0,1 M pada tabung kedua sampai pH-nya berubah dan catat HCl yang diperlukan.

5. Tambahkan akuades ke dalam tabung reaksi ketiga sampai pH-nya berubah dan catat H₂O yang diperlukan. 6. Ulangi percobaan di atas dengan mengganti cam-puran pada langkah nomor 1 dengan larutan NaCl 0,1 M lalu bandingkan hasilnya dan buatlah kesim-pulan.

1. Larutan buffer (penyangga) adalah larutan yang mengandung asam lemah dan basa konjugasinya atau basa lemah dan asam konjugasinya.

2. Rumus menghitung pH larutan buffer adalah sebagai berikut.

a. Larutan buffer yang mengandung asam lemah dan basa konjugasinya.

pH = pK_a + log

>

_>

_@

@

basa konjugasi asam

b. Larutan buffer yang mengandung basa lemah dan asam konjugasinya.

pOH = pK_b + log

>

_>

_@

@

asam konjugasi

basa

3. Sifat-sifat larutan buffer:

a. pH larutan tidak berubah jika larutan diencerkan;