KONTROL KEASAMAN LARUTAN PENYANGGA (BUFFER) TUJUAN:
1. Memahami manfaat mengontrol pH, terutama dalam sistem fisiologi.
2. Mempelajari tehnik mempertahankan nilai pH larutan dalam berbagai aplikasi.
3. Memahami sistem buffer dan fungsi sistem tersebut. DASAR TEORI
Pengertian buffer
Larutan adalah campuran homogen dua zat atau lebih yang saling melarutkandan masing-masing zat penyusunnya tidak dapat dibedakan lagi secara fisik. Zatyang jumlahnya lebih sedikit di dalam larutan disebut (zat) terlarut atau solut,sedangkan zat yang jumlahnya lebih banyak daripada zat-zat lain dalam larutandisebut pelarut atau solven. Komposisi zat terlarut dan pelarut dalam larutan inidinyatakan dalam konsentrasi larutan, sedangkan proses pencampuran zat terlarut danpelarut membentuk larutan disebut pelarutan atau solvasi (Ghinina, 2011)
Dalam praktek analisis kualitatif (dan kuantitatif) anorganik, sering-sering perlu kita sesuaikan konsentrasi ion-hidrogen sampai nilai tertentu sebelum melakukan suatu uji, dan menjaga agar konsentrasi ion-hidrogen ini tetap, selama jalannya analisis. Jika diperlukan suasana yang bersifat asam kuat (pH 0-2) atau basa kuat (pH 12 – 14), ini dapat dicapai dengan menambahkan asam kuat atau basa kuat secukupnya. Namun, jika pH larutan harus dipertahankan antara 2 dan 12 misalnya, cara ini tidak akan membantu. Sehingga membutuhkan sistem buffer. (Vogel, 1989)
Buffer dapat didefinisikan sebagai campuran asam/basa lemah dengan garamnya yang dapat mempertahankan Ph larutan saat ditambahkan asam/basa dalam jumlah relatif sedikit. Mekanisme buffer dapat mempertahankan pH larutan adalah akibat pengaruh ion yang sama (common ion effect).
Umumnya, larutan buffer mengandung campuran dari suatu asam lemah dan garamnya atau suatu basa lemah dan garamnya. (Vogel, 1989)
Sistem buffer merupakan larutan asam lemah atau basa lemah dan garamnya. Asam lemah atau basa lemah merupakan larutan yang hanya sebagian kecil terionisasi di dalam air.
Buffer dapat mempertahankan pH nya tidak berarti pH tidak akan berubah. Perubahan dan gangguan yang besar dalam sistem dapat merubah pH meskipun telah ditambahkan buffer ke dalamnya. Hal ini karena buffer hanya menjaga agar pH tidak terlalu berubah signifikan dengan adanya perubahan konsentrasi ion hidrogen dalam system. (Alpiopiot : 2012)
Semua larutan yang dapat mempertahankan pH disebut larutan buffer. Sifat larutan buffer antara lain : tidak berubah pH-nya meski diencerkan dan tidak berubah pH-nya meski ditambah sedikit asam atau basa. Pada gambar di atas, pH larutan A tidak berubah setelah ditambah dengan larutan asam sehingga larutan A merupakan larutanBuffer, sedangkan larutan B bukan merupakan larutan Buffer karena pHnya berubah setelah penambahan larutan asam. (Ratna, 2010)
Mekanisme kerja buffer
Mekanisme Larutan Penyangga asam :
Penambahan asam kuat atau ion pada larutan ini akan meningkatkan jumlah ion dalam larutan, maka akan mendesak ion yang ada, sehingga menggeser reaksi kesetimbangan ke kiri. Pergeseran ini menyebabkan jumlah ion dalam larutan berkurang karena digantikan oleh jumlah ion dari garam sehingga jumlahnya relatif tetap untuk mempertahankan kesetimbangan tersebut. Ion yang ditambahkan akan bereaksi dengan ion CH3COO- membentuk molekul CH3COOH. Jika yang ditambahkan ke dalam larutan adalah basa, maka ion OH- yang berasal dari basa tersebut akan bereaksi dengan ion membentuk air. Hal ini akan menyebabkan kesetimbangan bergeser ke kanan sehingga konsentrasi ion dapat dipertahankan atau pH larutan buffer asam tersebut tetap stabil atau bertahan. (Underwood, A.L., 2002 )
Larutan penyangga basa :
Jika ke dalam larutan ditambahkan suatu asam kuat, maka ion yang berasal dari asam itu akan mengikat atau bereaksi dengan ion OH-. Hal itumenyebabkan kesetimbangan larutan menjadi bergeser ke kanan sehingga konsentasiion OH- dapat dipertahankan atau dengan kata lain pH larutan stabil atau dapatbertahan. Demikian juga pada penambahan suatu basa kuat, jumlah ion OH- dalamlarutan akan bertambah. Hal ini akan menyebabkan kesetimbangan larutan menjadi bergeser ke kiri sehingga konsentasi ion OH- dapat dipertahankan dan pH larutantidak berubah. (Underwood, A.L., 2002 )
Beberapa aplikasi larutan penyangga (buffer) dalam kehidupan sehari-hari, diantaranya adalah sebagai berikut.
1. Dalam bidang obat-obatan misalnya obat tetes mata. Obat tetes mata yang kita gunakan sehari-hari juga menggunakan system larutan buffer agar pada saat di teteskan ke mata manusia, dapat diterima oleh kondisi tubuh manusia.
2. Sistem larutan penyangga atau buffer tersebut terdapat dalam cairan tubuh manusia yakni cairan intra sel dan ekstra sel. Komponen yang berfungsi sebagai penyangga di dalam tubuh manusia adalah komponen H2PO4- dan HPO42-. Buffer ini berfungsi untuk mempertahankan harga pH dalam tubuh manusia yakni sekitar 7,4.
3. Adanya larutan penyangga ini dapat kita lihat dalam kehidupan sehari-hari seperti pada obat-obatan, fotografi, industri kulit dan zat warna.
4. Menjaga pH pada plasma darah agar berada pada pH berkisar 7,35 – 7,45, yaitu dari ion HCO3-dengan ion Na+.
5. Menjaga pH cairan tubuh agar ekskresi ion H+ pada ginjal tidak terganggu.
6. Menjaga pH makanan olahan dalam kaleng agar tidak mudah rusak /teroksidasi (asam benzoat dengan natrium benzoat).
7. Sitrat sangat baik digunakan dalam larutan penyangga untuk mengendalikan pH larutan. Penggunaan utama asam sitrat saat ini adalah sebagai zat pemberi cita rasa dan pengawet makanan dan minuman, terutama minuman ringan. Juga digunakan sebagai pengendali pH dalam larutan pembersih dalam rumah tangga dan obat-obatan.
PEMBAHASAN
Larutan penyangga merupakan larutan yang dapat mempertahankan pH apabila terjadi penambahan sedikan asam maupun basa. Kalaupun terjadi perubahan pH, perubahannya pun hanya sedikit (tidak memperlihatkan perubahan pH yang mencolok). Larutan penyangga terdiri dari asam lemah atau basa lemah dengan garamnya. Sedangkan apabila suatu larutan tersebut mengalami pH ketika ditambahkan sedikit asam maupun basa, maka larutan tersebut merupakan jenis bukan larutan penyangga, karena tidak dapat mempertahankan nilai pH-nya.
Pada percobaan pertama yaitu uji penentuan pH pada larutan non buffer. Sebagai larutan yang pertama yaitu HCl. HCl 0,1 M awalnya diencerkan sebanyak tiga kali sehingga mendapatkan konsentrasi HCl 0,0001 M. Ketika dilakukan pengenceran menggunakan labu takar, maka labu takar harus ditutup dan dikocok sampai larutan benar-benar tercampur dan larut (membentuk larutan yang homogen). Hal ini bertujuan agar saat larutan tersebut digunakan maka larutan tersebut memang sudah benar-benar tercampur.
Larutan HCl 0,0001 M ini kemudian dibagi menjadi 3 yang dimasukkan ke tabung reaksi. Tabung reaksi pertama langsung dihitung besar pH nya, sedangkan tabung reaksi kedua ditetesi satu tetes larutan
HCl 1 M dan tabung reaksi keduat ditetesi satu tetes larutan NaOH 1 M. Tujuan dilakukan penambahan larutan HCl dan NaOH ini yaitu untuk menguji apakah terjadi perubahan pH yang mencolok pada larutan HCl 0,0001 M tersebut atau tidak.
Dikarenakan sebenarnya larutan HCl bukan merupakan larutan penyangga, sehingga ketika ditambahkan sedikit asam dan masa maka pH larutan ini langsung memberikan perubahan yang mencolok.
Reaksi larutan HCl ketika belum ditambah sedikit asam dan basa yaitu:
HCl =
Setelah diberi 1 tetes larutan HCl 1 M: HCl =
Setelah diberi 1 tetes larutan NaOH 1 M: HCl =
Dari reaksi tersebut ketika larutan HCl 0,0001 M diberi tambahan zat asam, maka akan mendapat tambahan ion H+ sehingga kadar keasaman menjadi turun (lebih asam). Sedangkan ketika larutan HCl 0,0001 M diberi tambahan basa, maka akan mendapat tambahan ion OH- sehingga kadar keasaman larutan tersebut menjadi naik (lebih basa).
Nilai pH larutan HCl 0,0001 M awalnya yaitu 3, namun pada perhitungan menunjukkan pH awal HCl yaitu 4. Sedangkan saat diberi sedikit asam, pH HCl tetap 3, sedangkan pada perhitungan menunjukkan pH HCl menjadi 3,7. Sementara saat diberi sedikit basa, pH HCl menjadi 5, sedangkan pada perhitungan menunjukkan pH HCl menjadi 10. Ketidaktepatan hasil yang diperoleh dengan hasil perhitungan dapat disebabkan terkontaminasinya indikator universal yang digunakan, atau ketidak cermatan dalam mencocokkan warna.
Pada percobaan penentuan pH NaOH 0,0001 M, sistematika percobaannya sama dengan HCl, di mana awalnya NaOH harus diencerkan dari larutan NaOH 0,1 M sampai akhirnya didapatkan konsentrasi NaOH 0,0001 M. Kemudian, larutan NaOH 0,0001 M ini dibagi 3 dan dimasukkan ke tabung reaksi. Tabung reaksi pertama langsung dihitung besar pH nya, sedangkan tabung reaksi kedua ditetesi satu tetes larutan HCl 1 M dan tabung reaksi keduat ditetesi satu tetes larutan NaOH 1 M. Tujuan dilakukan penambahan larutan HCl dan NaOH ini yaitu untuk menguji apakah terjadi perubahan pH yang mencolok pada larutan NaOH 0,0001 M tersebut atau tidak.
Reaksi setelah diberi 1 tetes larutan HCl 1 M: NaOH =
Reaksi setelah diberi 1 tetes larutan NaOH 1 M: NaOH =
Sama hanya dengan HCl, karena larutan NaOH bukan merupakan larutan penyangga, sehingga ketika ditambahkan sedikit asam dan masa maka pH larutan ini langsung memberikan perubahan yang mencolok.
Nilai pH larutan NaOH 0,0001 M awalnya yaitu 7, namun pada perhitungan menunjukkan pH awal NaOH yaitu 10. Sedangkan saat diberi sedikit asam, pH NaOH 3, sedangkan pada perhitungan menunjukkan pH HCl menjadi 3,7. Hal ini dikarenakan adanya penambahan ion H+ pada HCl, sehingga menurunkan nilai pH-nya (lebih asam). Sementara saat diberi sedikit basa, pH NaOH menjadi 9, sedangkan pada perhitungan menunjukkan pH HCl menjadi 10,3. Ketidaktepatan hasil yang diperoleh dengan hasil perhitungan dapat disebabkan terkontaminasinya indikator universal yang digunakan, atau ketidakcermatan dalam mencocokkan warna.
Pada percobaan penentuan pH aquades, masing-masing tabung reaksi diisi dengan 10 mL aquades. Tabung reaksi pertama langsung dihitung besar pH nya, sedangkan tabung reaksi kedua ditetesi satu tetes larutan HCl 1 M dan tabung reaksi keduat ditetesi satu tetes larutan NaOH 1 M. Tujuan dilakukan penambahan larutan HCl dan NaOH ini yaitu untuk menguji apakah terjadi perubahan pH yang mencolok pada larutan NaOH 0,0001 M tersebut atau tidak.
Reaksi setelah diberi 1 tetes larutan HCl 1 M: H2O =
Reaksi setelah diberi 1 tetes larutan NaOH 1 M: H2O =
Nilai pH larutan aquades awalnya yaitu 5, namun pada perhitungan menunjukkan pH awal aquades yaitu 7. Sedangkan saat diberi sedikit asam, pH aquades 3, sedangkan saat diberi sedikit basa, pH aquades menjadi 7. Hal ini dikarenakan aquades merupakan tipe larutan netral, sehingga ketika ditambahkan asam kuat (HCl) maka pH nya langsung turun (lebih asam). Sementara itu, ketika ditambahkan basa kuat (NaOH), maka pH nya langsung naik (lebih basa).
Pada percobaan perubahan pH larutan buffer, awalnya jenis larutan yang diuji yaitu larutan H2PO4^- dan HPO4^2-. 10 mL larutan NaH2PO4 0,5 M dicampur dengan 10 mL Na2HPO4 0,5 M. Kemudian campuran itu diuji pH campurannya. Hal ini dilakukan untuk mengetahui pH campuran tersebut ketika belum ditambahkan sedikit asam maupun basa. Setelah itu larutan dibagi dua pada tabung reaksi. Tabung reaksi pertama diberi 1 tetes HCl 1 M dan tabung reaksi kedua diberi 1 tetes NaOH 1 M. Fungsi penambahan asam dan basa ini agar diketahui apakah larutan ini dapat mempertahankan pH larutannya ketekia diberi tambahan sedikit asam atau basa.
Karena larutan ini merupakan jenis larutan buffer, sehingga ketika ditambahkan sedikit asam dan basa larutan ini dapat mempertahankan
pH-nya. Hal ini dibuktikan ketika pH awal dihitung menunjukkan pH-nya 6. Sementara saat diberi sedikit asam, pH-nya tetap 6 dan ketika diberi sedikit basa pH-nya juga tetap 6. Walaupun pada perhitungan menunjukkan pH larutan ini seharusnya 7,21, namun dengan hasil pH yang selalu 6 ini menunjukkan bahwa larutan ini termasuk larutan buffer. Ketidaktepatan hasil yang diperoleh dengan hasil perhitungan dapat disebabkan terkontaminasinya indikator universal yang digunakan, atau ketidakcermatan dalam mencocokkan warna.
Percobaan larutan buffer kedua yaitu larutan HC2H3O2 dan C2H3O^2-. Cara pencampurannya samadengan larutan buffer H2PO4^- dan HPO4^2-10. Setelah terbentuk campuran yang homogen, kemudian campuran itu diuji pH nya. Hal ini dilakukan untuk mengetahui pH campuran tersebut ketika belum ditambahkan sedikit asam maupun basa. Setelah itu larutan dibagi dua pada tabung reaksi. Tabung reaksi pertama diberi 1 tetes HCl 1 M dan tabung reaksi kedua diberi 1 tetes NaOH 1 M. Fungsi penambahan asam dan basa ini agar diketahui apakah larutan ini dapat mempertahankan pH larutannya ketekia diberi tambahan sedikit asam atau basa.
Karena larutan ini merupakan jenis larutan buffer, sehingga ketika ditambahkan sedikit asam dan basa larutan ini dapat mempertahankan pH-nya. Hal ini dibuktikan ketika pH awal dihitung menunjukkan pH-nya 3. Sementara saat diberi sedikit asam, pH-nya tetap 3 dan ketika diberi sedikit basa pH-nya juga tetap 3. Walaupun pada perhitungan menunjukkan pH larutan ini seharusnya 5, namun dengan hasil pH yang selalu 3 ini menunjukkan bahwa larutan ini termasuk larutan buffer. Ketidaktepatan hasil yang diperoleh dengan hasil perhitungan dapat disebabkan terkontaminasinya indikator universal yang digunakan, atau ketidakcermatan dalam mencocokkan warna.
Percobaan larutan buffer ketiga yaitu larutan NH4OH dan NH4+ (1:1). Cara pencampurannya samadengan larutan buffer H2PO4^- dan HPO4^2-10. Setelah terbentuk campuran yang homogen, kemudian campuran itu diuji pH nya. Hal ini dilakukan untuk mengetahui pH campuran tersebut ketika belum ditambahkan sedikit asam maupun basa. Setelah itu larutan dibagi dua pada tabung reaksi. Tabung reaksi pertama diberi 1 tetes HCl 1 M dan tabung reaksi kedua diberi 1 tetes NaOH 1 M. Fungsi penambahan asam dan basa ini agar diketahui apakah larutan ini dapat mempertahankan pH larutannya ketekia diberi tambahan sedikit asam atau basa.
Karena larutan ini merupakan jenis larutan buffer, sehingga ketika ditambahkan sedikit asam dan basa larutan ini dapat mempertahankan pH-nya. Hal ini dibuktikan ketika pH awal dihitung menunjukkan pH-nya 7. Sementara saat diberi sedikit asam, pH-nya menjadi 8 dan ketika diberi sedikit basa pH-nya menjadi 7. Walaupun pada perhitungan menunjukkan
pH larutan ini seharusnya 9,25, namun dengan hasil pH yang tidak memperlihatkan perubahan yang mencolok (walau ada perubahan, tapi tida signifikan) ini, menunjukkan bahwa larutan ini termasuk larutan buffer. Ketidaktepatan hasil yang diperoleh dengan hasil perhitungan dapat disebabkan terkontaminasinya indikator universal yang digunakan, atau ketidakcermatan dalam mencocokkan warna.
Pada percobaan larutan buffer keempat yaitu larutan NH4OH dan NH4+ (1:4). 5 mL larutan NH4OH 1 M 0,5 M dicampur dengan 20 mL larutan NH4Cl 1 M. Kemudian campuran itu diuji pH campurannya. Hal ini dilakukan untuk mengetahui pH campuran tersebut ketika belum ditambahkan sedikit asam maupun basa. Setelah itu larutan dibagi dua pada tabung reaksi. Tabung reaksi pertama diberi 1 tetes HCl 1 M dan tabung reaksi kedua diberi 1 tetes NaOH 1 M. Fungsi penambahan asam dan basa ini agar diketahui apakah larutan ini dapat mempertahankan pH larutannya ketekia diberi tambahan sedikit asam atau basa.
pH awal dihitung menunjukkan nilai 6. Sementara saat diberi sedikit asam, pH-nya menjadi 5 dan ketika diberi sedikit basa pH-nya menjadi 8. Hasil perhitungan pH seharusnya menunjukkan angka 8,65. Untuk percobaan larutan buffer ini jelas tidak akurat dan tidak sesuai dengan teori dan perhitungan. Hal ini dikarenakan perubahan pH yang terjadi dari hasil percobaan menunjukkan perubahan pH yang mencolok. Padahal seharusnya larutan ini dapat mempertahankan nilai pHnya karena merupakan salah satu jenis larutan buffer. Ketidaktepatan hasil percobaan yang diperoleh dapat disebabkan terkontaminasinya indikator universal yang digunakan, atau ketidakcermatan dalam mencocokkan warna. Atau bisa saja ketidaksterilan alat yang digunakan.
Beberapa jenis larutan buffer yang diujikan ternyata dapat mempertahankan pH nya. Hal ini dikarenakan ketika terjadi penambahan asam (HCl 1 M) pada larutan buffer, maka akan bertambahnya kandungan ion H+ dalam larutan, sehingga akan memperbanyak jumlah kandungan ion H+ dalam kesetimbangan. Hal ini akan menyebabkan kesetimbangan bergeser ke kiri. Sebagai contohnya saat pembuatan larutan buffer H2PO4- dan HPO4- dimana kandungan HPO42- akan berkurang, namun untuk mengambil kandungan ion H+ yang berlebih, HPO42- akan bereaksi dengan ion H+ sehingga membentuk H2PO4-. Hal ini tidak akan menyebabkan peningkatan kadar keasaman sehingga ph tidak mengalami perubahan.
Sedangkan ketika larutan tersebut ditambah dengan larutan NaOH 1 M menyebabkan adanya tambahan kandungan OH-. Ion OH- akan bereaksi dengan ion H+ sehingga kadar kandungan H+ akan berkurang. Hal ini akan menggeser kesetimbangan ke kanan, sehingga H2PO4- akan terionisasi membentuk H+ dan HPO42- sehingga jumlah ion H+ dalam larutan tetap dan ph larutan otomatis juga tetap.
PERTANYAAN
1. Yang mengalami perubahan pH yang paling mencolok yaitu aquades. Hal ini dikarenakan aquades merupakan tipe larutan netral, sehingga ketika ditambahkan asam kuat (HCl) maka pH nya langsung turun (lebih asam). Sementara itu, ketika ditambahkan basa kuat (NaOH), maka pH nya langsung naik (lebih basa).
2. Pada larutan non buffer, apabila diberi tambahan sedikit asam atau basa maka akan memberikan perubahan pH yang sangat mencolok. Sedangkan pada larutan buffer apabila diberi tambahan sedikit asam atau basa tidak akan memberikan perubahan pH yang terlalu mencolok. Hal ini dikarenakan dalam larutan buffer terdapat sistem yang dapat mempertahankan nilai pH.
3. Perubahan tersebut akan mempengaruhi besar nilai pH larutannya. Hal ini dikarenakan volume larutan akan berbanding terbalik dengan nilai pH, sehingga kalau pada percobaan 7 volume basa dinaikkan maka akan menyebabkan nilai pH lebih kecil.
DAFTAR PUSTAKA
Vogel, 1985, Buku Teks Analisis Kuantitatif Makro dan Semimikro, Jakarta: PT Kalman Media Pustaka
Harvey D., 2000, Modern Analytical Chemistry, Ebook
Underwood AL., 2001, Analisis Kimia Kuantitatif, Jakarta: Erlangga
Jetse CR., Theo V., Johanner M., Everaeerts FM., 1996, Buffer capacity, ionic strength and heat dissipation in capillary electrophoresis, JOURNAL OF CHROMATOGRAPHY, vol 744, hal 147
Ratna, 2010, Larutan Buffer dan Ringkasannya, http://www.chem-is-try.org, 10 Desember 2012
