PETA KONSEP. Larutan Penyangga. Larutan Penyangga Basa. Larutan Penyangga Asam. Asam konjugasi. Basa lemah. Asam lemah. Basa konjugasi.

Transkripsi

1 PETA KONSEP Larutan Penyangga mempertahankan berupa ph Larutan Penyangga Asam mengandung Larutan Penyangga Basa mengandung Asam lemah Basa konjugasi Asam konjugasi Basa lemah contoh contoh contoh contoh CH 3 COOH CH 3 COO - NH 3 NH 4 + 1

2 1. Pengertian Larutan Penyangga Sebelum kita membahas pengertian larutan penyangga, simaklah gambar di bawah ini! Ditambahkan 0,1 ml 1 M HCl Air suling ph=7 Ditambahkan 0,1 ml 1 M HCl Air laut ph=8,2 Lar. HCl 1x10-4 M ph=4 Air laut ph=7,6 Penambahan 0,1 ml larutan HCl 0,1 M ke dalam 1 L air suling mengubah phnya dari 7 menjadi 4. Bila larutan HCl yang sama banyaknya ditambahkan ke dalam 1 L air laut, perubahan ph-nya lebih kecil, yaitu dari 8,2 menjadi 7,6. Larutan yang seperti air laut inilah yang merupakan larutan penyangga karena dapat mempertahankan nilai ph. tertentu. Ingat!!! Menurut Bronsted dan Lowry, asam adalah suatu zat yang dapat memberi proton (donor ion H + ), sedangkan basa adalah suatu zat yang dapat menerima proton (akseptor ion H + ). Berdasarkan definisi tersebut dapat dikatakan bahwa jika terdapat zat yang bersifat asam, harus terdapat zat yang bersifat basa. Demikian pula sebaliknya. Hal inilah yang dinamakan asam-basa konjugasi. 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 diencerkannya ph tidak akan berubah, tetapi dalam praktiknya jika pengenceran besar sekali, jelas ph-nyaakan berubah. Larutan penyangga disebut juga larutan buffer atau larutan dapar. Jika dilihat dari komponen penyusunnya, larutan penyangga merupakan campuran asam lemah dengan basa konjugasinya atau campuran basa lemah dengan asam konjugasinya. 2

3 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. 2. Jenis-jenis Larutan Penyangga a. Larutan Penyangga Bersifat Asam Larutan penyangga yang bersifat asam terbentuk dari suatu asam lemah dan basa konjugasinya. Apabila larutan ini ditambahkan dengan sedikit asam atau basa maupun diencerkan, maka ph larutan ini relatif tidak berubah dan tetap bersifat asam (ph <7). Sehingga, larutan ini dapat berfungsi sebagai larutan penyangga atau buffer. Salah satu komponen pembentuk larutan penyangga yang bersifat asam adalah asam lemah, misalnya CH 3 COOH, bila dilarutkan dalam air akan sedikit terionisasi. Reaksinya adalah sebagai berikut: CH 3 COOH (aq) CH 3 COO - (aq) + H + (aq) Pada reaksi di atas, CH 3 COOH merupakan suatu asam lemah, dengan basa konjugasi CH 3 COO -. Komponen lain yang membentuk larutan penyangga yang bersifat asam adalah basa konjugasi. Basa konjugasi ini dapat berasal dari garam basa, misalnya CH 3 COONa, CH 3 COOK atau (CH 3 COO) 2 Ba yang diperoleh dari reaksi antara asam lemah dengan basa kuat. CH 3 COOH(aq) + NaOH(aq) CH 3 COONa(aq) + H 2 O(l) asam lemah basa kuat garam basa Di dalam larutannya, suatu garam basa misalnya CH 3 COONa, akan 3

4 terionisasi sempurna menjadi ion-ionnya membentuk basa konjugasi kembali. Sehingga, garam basa ini merupakan suatu spesi yang bertindak sebagai basa konjugasi dari suatu asam lemah. Reaksinya adalah sebagai berikut: CH 3 COONa (aq) Na + (aq) + CH 3 COO - (aq) Dengan demikian, suatu larutan penyangga yang bersifat asam merupakan campuran dari : Asam lemah dengan garamnya yang berasal dari basa kuat. HA + LA Asam lemah garam basa - HCN + NaCN - CH 3 COOH + CH 3 COONa Asam lemah dengan basa kuat, dimana jumlah asam lemah dibuat berlebih. Sehingga pada keadaan setimbang dalam larutan tersebut terdapat sisa asam lemah dengan garamnya yang berasal dari basa kuat. HA + LOH LA + H 2 O asam lemah basa kuat garam basa ml HF 0,1 M + 50 ml NaOH 0,1 M - 0,1 mol HCN + 0,05 mol KOH Garam-garam yang berasal dari asam poliprotik NaH 2 PO 4 (aq) + Na 2 HPO 4 (aq) Di dalam larutannya, garam-garam tersebut akan terionisasi menjadi: NaH 2 PO 4 (aq) Na + (aq) + H 2 PO - 4 (aq) Na 2 HPO 4 (aq) 2Na + (aq) + HPO 2-4 (aq) 4

5 H 2 PO 4 - merupakan spesi asam dan HPO 4 2- merupakan spesi basa konjugasi dari H 2 PO 4 -. b. Larutan Penyangga Bersifat Basa Larutan penyangga yang bersifat basa terbentuk dari basa lemah dan asam konjugasinya. Apabila larutan ini ditambahkan dengan sedikit asam atau basa maupun diencerkan, maka ph larutan ini relatif tidak berubah dan tetap bersifat basa (ph >7). Sehingga, larutan ini dapat berfungsi sebagai larutan penyangga atau buffer. Salah satu komponen pembentuk larutan penyangga bersifat basa adalah basa lemah. Suatu basa lemah, misalnya NH 3. Bila NH 3 dilarutkan dalam air maka akan sedikit terionisasi. Reaksinya adalah sebagai berikut: NH 3 (aq) + H 2 O(l) NH 4 + (aq) + OH - (aq) Pada reaksi di atas, NH 3 merupakan suatu basa lemah, dengan asam konjugasinya yaitu NH + 4. Komponen lain pembentuk larutan penyangga bersifat basa adalah asam konjugasi. Asam konjugasi ini dapat berasal dari garam asam, misalnya NH 4 Cl, NH 4 Br atau (NH 4 ) 2 SO 4 yang diperoleh dari reaksi antara basa lemah dengan asam kuat. NH 3 (aq) + HCl(aq) NH 4 Cl(aq) basa lemah asam k garam asam Di dalam larutannya, suatu garam asam misalnya NH 4 Cl, akan terionisasi menjadi ion-ionnya membentuk asam konjugasi kembali. Sehingga, garam asam ini merupakan suatu spesi yang bertindak sebagai asam konjugasi dari suatu basa lemah. Reaksinya adalah sebagai berikut: NH 4 Cl (aq) NH + 4 (aq) + Cl - (aq) 5

6 Dengan demikian, suatu larutan penyangga yang bersifat basa merupakan campuran dari: Basa lemah dengan garamnya yang berasal dari asam kuat. LOH + LA basa lemah garam asam - NH 3 + NH 4 Cl - NH 3 + NH 4 Br Basa lemah dengan asam kuat, dimana jumlah basa lemah dibuat berlebih. Sehingga pada keadaan setimbang dalam larutan tersebut terdapat sisa basa lemah dengan garamnya yang berasal dari asam kuat. LOH + HA LA + H 2 O basa lemah asam kuat garam asam ml NH 3 0,1 M + 50 ml HCl 0,1 M - 0,1 mol NH 3 + 0,05 mol H 2 SO 4 3. Cara Kerja Larutan Penyangga Seperti yang kita ketahui bersama bahwa terdapat dua jenis larutan penyangga, yaitu larutan penyangga bersifat asam dan larutan penyangga bersifat basa. 6

7 Ingat!! Menurut Arrheniuss, asam dapat didefinisikan sebagai senyawa yang dapat menghasilkan ion hidrogen jika dilarutkan dalam air. CH 3 COOH (aq) CH 3 COO - (aq) + H + (aq) HCl (aq) Cl - (aq) + H + (aq) Basa dapat didefinisikan sebagai zat yang terdisosiasi dalam air menghasilkan ion OH - sebagai ion negatifnya. NH 3 (aq) + H 2 O(l) NaOH (aq) NH 4 + (aq) + OH - (aq) Na + (aq) + OH - (aq) Suatu larutan penyangga dapat mempertahankan phnya dengan cara menghilangkan ion Hidrogen, H + atau ion hidroksida, OH - ketika ditambahkan sedikit asam atau basa. a. Larutan Penyangga Bersifat Asam Untuk mengetahui bagaimana larutan penyangga bersifat asam dapat mempertahankan ph, mari kita perhatikan contoh berikut: Larutan penyangga yang mengandung CH 3 COOH dan CH 3 COO - Asam asetat merupakan asam lemah, bila dilarutkan dalam air maka akan terionisasi sebagian membentuk suatu kesetimbangan seperti ditunjukkan oleh persamaan reaksi berikut: CH 3 COOH (aq) CH 3 COO - (aq) + H + (aq) 7

8 Untuk membentuk larutan penyangga, maka larutan CH 3 COOH ini ditambahkan dengan basa konjugasinya yaitu ion asetat, CH 3 COO -, yang berasal dari garamnya seperti natrium asetat, CH 3 COONa. Hal ini mengakibatkan kesetimbangan bergeser kearah pereaksi. Akibatnya, larutan tersebut akan mengandung: Sejumlah asam asetat, CH 3 COOH, yang tidak terionisasi Sejumlah ion asetat, CH 3 COO -, yang berasal dari garamnya Jumlah ion hidrogen, H + yang lebih banyak daripada ion OH - membuat larutan ini bersifat asam Sejumlah ion Na + yang berasal dari CH 3 COONa dan air, namun keberadaannya tidaklah penting. Penambahan Asam Penambahan Asam ke dalam air murni akan menyebabkan ph turun secara drastis. Untuk menghindari hal tersebut, suatu larutan penyangga harus menghilangkan ion Hidrogen baru yang berasal dari penambahan Asam. 8

9 Ion Hidrogen, H +, yang ditambahkan akan menggeser kesetimbangan ke arah pereaksi. Oleh karena itu, agar ph larutan penyangga tidak turun secara drastis maka ion Hidrogen ini akan berikatan dengan komponen basa dalam larutan, yaitu CH 3 COO - membentuk CH 3 COOH. CH 3 COO - (aq) + H + (aq) CH 3 COOH (aq) Sebagian besar ion H + akan dihilangkan melalui reaksi ini sehingga ph larutan tidak akan berubah secara drastis. Meskipun demikian, karena reaksinya merupakan reaksi kesetimbangan, ph larutan akan sedikit berubah. Mekanisme penambahan asam ke dalam larutan penyangga ditunjukkan sebagai berikut: + Penambahan Basa Jika larutan penyangga ditambahkan suatu basa, maka ion OH - yang berasal dari basa harus dihilangkan dengan cara bereaksi dengan komponen asam dalam larutan penyangga yaitu CH 3 COOH maupun ion H +. Proses penghilangan ion OH - ini sedikit rumit karena dapat bereaksi dengan kedua komponen asam dalam larutan penyangga. Penghilangan ion OH - melalui reaksi dengan asam asetat Saat basa ditambahkan, ion OH - dari basa akan dinetralkan oleh H + dari asam asetat dalam larutan. 9

10 Reaksi yang terjadi adalah sebagai berikut: OH - (aq) + CH 3 COOH (aq) asam lemah CH 3 COO - (aq) + H 2 O(l) basa kuat Oleh karena CH 3 COOH merupakan asam lemah, basa konjugasinya, yaitu ion CH 3 COO - dapat mengambil H + dari molekul air untuk kembali membentuk molekul CH 3 COOH. Sebagian besar ion OH - telah dihilangkan sehingga perubahan ph larutan tidak akan terlalu besar. Penghilangan ion OH - melalui reaksi dengan ion H + Ingat bahwa larutan penyangga yang kita miliki bersifat asam, artinya mengandung ion H + yang cukup, yang berasal dari ionisasi asam lemah, asam asetat. Reaksinya: CH 3 COOH (aq) CH 3 COO - (aq) + H + (aq) Kesetimbangan bergeser ke arah hasil pereaksi untuk menggantikan ion H + yang diikat oleh OH - CH 3 COOH (aq) CH 3 COO - (aq) + H + (aq) Ion H + berikatan dengan ion OH - membentuk H 2 O Ion H + dapat bergabung dengan OH - membentuk H 2 O. Akibatnya kesetimbangan akan bergeser kearah hasil pereaksi, ion H + yang hilang kembali digantikan. Ini terus belangsung sampai ion Hidroksida hilang. 10

11 Seperti penjelasan sebelumnya, karena sistemnya merupakan sistem kesetimbangan, tidak semua ion Hidroksida dihilangkan, hanya sebagian besar saja. Untuk memudahkan dalam memahami pengaruh penambahan asam atau basa ke dalam larutan penyangga, perhatikan gambar berikut. OH - H + HX X - H X H X (a) (b) OH - + HX H 2 O+X - H + + X - HX Keterangan: Larutan penyangga yang terdiri atas campuran Asam Lemah dan Basa Konjugasinya. (a) Ketika ditambahkan basa, konsentrasi HX menurun dan konsentrasi X - meningkat (b) Ketika ditambahkan asam, konsentrasi X - menurun dan konsentrasi HX meningkat : b. Larutan Penyangga Bersifat Basa Untuk mengetahui bagaimana larutan penyangga bersifat basa dapat mempertahankan ph, mari kita perhatikan contoh berikut: + Larutan penyangga yang mengandung NH 3 dan NH 4 Amonia merupakan basa lemah, bila dilarutkan dalam air maka akan terionisasi sebagian membentuk suatu kesetimbangan seperti ditunjukkan oleh persamaan reaksi berikut: 11

12 NH 3 (aq) + H 2 O (l) NH 4 + (aq) + OH - (aq) Untuk membentuk larutan penyangga, maka larutan NH 3 ini ditambahkan dengan basa konjugasinya yaitu ion amonia, NH + 4, yang berasal dari garamnya seperti amonium klorida, NH 4 Cl. Hal ini mengakibatkan kesetimbangan bergeser kearah pereaksi. Akibatnya, larutan tersebut akan mengandung: Sejumlah amonia, NH 3, yang tidak terionisasi Sejumlah ion amonia, NH + 4, yang berasal dari garamnya Jumlah ion hidroksida, OH - yang lebih banyak daripada ion H + membuat larutan ini bersifat basa Sejumlah ion Cl - yang berasal dari NH 4 Cl dan air, namun keberadaannya tidaklah penting. Penambahan Basa Penambahan basa ke dalam air murni akan menyebabkan ph larutan naik secara drastis. Untuk menghindari hal tersebut, suatu larutan 12

13 penyangga harus menghilangkan ion hidroksida baru yang berasal dari penambahan basa. Ion hidroksida, OH -, yang ditambahkan akan menggeser kesetimbangan ke arah pereaksi. Oleh karena itu, agar ph larutan penyangga tidak naik secara drastis maka ion hidroksida ini akan berikatan + dengan komponen asam dalam larutan, yaitu NH 4 membentuk NH 3. NH 4 + (aq) + OH - (aq) NH 3 (aq) + H 2 O(l) Sebagian besar ion OH - akan dihilangkan melalui reaksi ini sehingga ph larutan tidak akan berubah secara drastis. Meskipun demikian, karena reaksinya merupakan reaksi kesetimbangan, ph larutan akan sedikit berubah. Penambahan Asam Jika larutan penyangga ditambahkan suatu asam, maka ion H + yang berasal dari asam harus dihilangkan dengan cara bereaksi dengan komponen basa dalam larutan penyangga yaitu NH 3 maupun ion OH -. Proses penghilangan ion H + ini sedikit rumit karena dapat bereaksi dengan kedua komponen basa dalam larutan penyangga. Penghilangan ion H + melalui reaksi dengan amonia Saat asam ditambahkan, ion H + dari asam akan dinetralkan oleh OH - dari amonia dalam larutan. Reaksi yang terjadi adalah sebagai berikut: NH 3 (aq) + H + (aq) NH + 4 (aq) Sebagian besar, tetapi tidak seluruhnya ion H + dapat dihilangkan. Ion amonium merupakan asam lemah dan sebagian dari ion H + akan dilepaskan kembali. 13

14 Penghilangan ion H + melalui reaksi dengan ion OH - Ingat bahwa dalam larutan, tersedia ion-ion hidroksida yang berasal dari reaksi dari amonia dan air. NH 3 (aq) + H 2 O(l) NH 4 + (aq) + OH - (aq) Kesetimbangan bergeser ke arah hasil pereaksi untuk menggantikan ion OH - yang diikat oleh H + NH 3 (aq) + H 2 O(l) NH 4 + (aq) + OH - (aq) Ion H + berikatan dengan ion OH - membentuk H 2 O Ion H + dari asam dapat bergabung dengan OH - membentuk H 2 O. Ketika ini terjadi, kesetimbangan akan bergeser ke arah hasil pereaksi untuk mengganti ion hidroksida yang diikat oleh ion hidrogen. Namun demikian, tidak seluruh ion hidrogen dapat dihilangkan, hanya sebagian besar saja. 4. Perhitungan ph Larutan Penyangga a. Larutan Penyangga Bersifat Asam Asam lemah dengan garamnya yang berasal dari basa kuat Marilah kita perhatikan larutan penyangga yang terdiri dari CH 3 COOH dan CH 3 COONa. Asam asetat mengion sebagian menurut 14

15 reaksi kesetimbangan (persamaan 4.1), sedangkan Natrium asetat mengion sempurna (persamaan 4.2). Misal jumlah CH 3 COOH yang dilarutkan adalah a mol dan jumlah yang mengion adalah x mol, maka susunan kesetimbangan dapat dirinci sebagai berikut: CH 3 COOH (aq) H + (aq) + CH 3 COO - (aq).(4.1) Awal : a mol - - Terionisasi : -x mol + x mol + x mol Setimbang : a-x mol x mol x mol Misalkan jumlah mol CH 3 COONa yang dilarutkan adalah b mol. Dalam larutan, garam ini mengion sempurna membentuk b mol ion Na + dan b mol ion CH 3 COO -. CH 3 COONa (aq) Na + (aq) + CH 3 COO - (aq).(4.2) Awal : b mol - - Terionisasi : -b mol + b mol + b mol Akhir : - b mol b mol Tetapan ionisasi asam asetat, sesuai dengan persamaan 4.1 adalah:.(4.3) Maka, konsentrasi H + dalam larutan akan ditentukan oleh persamaan berikut:.(4.4) 15

16 [ ] [ ].(4.5) Jumlah ion dalam larutan = (b + x) mol, sedangkan jumlah CH 3 COOH = (a x) mol. Oleh karena dalam larutan terdapat banyak ion CH 3 COO - yang berasal dari CH 3 COONa, maka kesetimbangan (4.1) akan terdesak ke arah pereaksi, sehingga jumlah mol CH 3 COOH dalam larutan dapat dinggap tetap a mol (a-x a; jumlah mol CH 3 COOH yang mengion diabaikan). Dengan alasan yang sama, jumlah mol ion CH 3 COO - dalam larutan dianggap = b mol (b+x b; CH 3 COO - yang berasal dari persamaan 4.1 diabaikan). Dengan asumsi-asumsi tersebut, persamaan 4.5 dapat ditulis sebagai berikut. [ ] [ ] Jadi, untuk menentukan konsentrasi yang bersifat asam adalah: untuk larutan penyangga K a = tetapan ionisasi asam lemah Maka Asam lemah dengan basa kuat, dimana jumlah asam lemah dibuat berlebih 100 ml larutan CH 3 COOH 0,1 M + 50 ml larutan NaOH 0,1 M Jumlah mol CH 3 COOH = 100 ml x 0,1 mmol ml -1 16

17 = 10 mmol Jumlah mol NaOH = 50 ml x 0,1 mmol ml -1 = 5 mmol Campuran akan bereaksi menghasilkan 5 mmol CH 3 COONa, sedangkan CH 3 COOH bersisa 5 mmol dengan rincian sebagai berikut. CH 3 COOH (aq) + OH - (aq) CH 3 COO - (aq) + H 2 O(l) Asam lemah basa konjugasi Awal : 10 mmol 5 mmol - Reaksi : -5 mmol -5 mmol +5 mmol Sisa : 5 mmol - 5 mmol Langkah selanjutnya sama dengan penentuan ph larutan penyangga yang berasal dari Asam lemah dengan garamnya yang berasal dari basa kuat. b. Larutan Penyangga Bersifat Basa Basa lemah dengan garamnya yang berasal dari asam kuat Marilah kita perhatikan larutan penyangga yang terdiri dari NH 3 dan NH 4 Br. Dalam larutan, NH 3 mengion sebagian menurut reaksi kesetimbangan, sedangkan NH 4 Br mengion sempurna. NH 3 (aq) + H 2 O(l) NH 4 + (aq) + OH - (aq) NH 4 Br (aq) NH 4 + (aq) + Br - (aq) Sama halnya dengan penurunan persamaan 4.6, maka untuk larutan penyangga dari basa lemah dan asam konjugasinya berlaku rumus berikut. 17

18 .(4.8) dengan, K b = tetapan ionisasi basa lemah dan =.(4.9) Maka Basa lemah dengan asam kuat, dimana jumlah basa lemah dibuat berlebih 5. Fungsi Larutan Penyangga Larutan penyangga dapat dijumpai dalam kehidupan sehari-hari, antara lain sebagai berikut: 1. Dalam tubuh manusia terdapat sistem penyangga yang berperan untuk mempertahamkan ph, contohnya sebagai berikut: a. Di dalam darah terdapat larutan penyangga. ph darah berkisar antara 7,35-7,45. Untuk menjaga agar ph darah tidak banyak berubah maka dalam darah terdapat sistem penyangga, yaitu asam karbonat dan ion bikarbonat (H 2 CO 3 & HCO - 3 ). Sistem ini bereaksi dengan asam dan basa sebagai berikut. H 2 CO 3 (aq) + OH - (aq) HCO 3 - (aq) + H 2 O(l) HCO 3 - (aq) + H + (aq) H 2 CO 3 (aq) 18

19 Adanya kelainan pada satu atau lebih mekanisme pengendalian ph darah, bisa menyebabkan salah satu dari 2 kelainan utama dalam keseimbangan asam basa, yaitu asidosis atau alkalosis. Asidosis adalah suatu keadaan dimana darah terlalu banyak mengandung asam (atau terlalu sedikit mengandung basa) dan sering menyebabkan menurunnya ph darah. Salah satu contoh asidosis adalah olahraga yang berlebihan. Alkalosis adalah suatu keadaan dimana darah terlalu banyak mengandung basa (atau terlalu sedikit mengandung asam) dan kadang menyebabkan meningkatnya ph darah. Salah satu contoh alkalosis adalah berada pada ketinggian. Asidosis dan alkalosis bukan merupakan suatu penyakit tetapi lebih merupakan suatu akibat dari sejumlah penyakit. Terjadinya asidosis dan alkalosis merupakan petunjuk dari adanya masalah metabolisme yang serius. b. Di dalam cairan sel tubuh terdapat sistem penyangga, yaitu asam dihidrogenfosfat dan basa konjugasinya berupa ion monohidrogen fosfat (H 2 PO - 4 & HPO 2-4 ). Campuran penyangga ini berperan juga dalam sistem pengeluaran ion H + pada ginjal. Sistem ini bereaksi dengan asam dan basa sebagai berikut. H 2 PO - 4 (aq) + OH - (aq) HPO 2-4 (aq) + H 2 O(l) HPO 4 2- (aq) + H + (aq) H 2 PO - 4 (aq) 19

20 2. Dalam industri farmasi, larutan penyangga berperan untuk pembuatan obatobatan agar zat aktif dari obat tersebut mempunyai ph tertentu. Larutan infus menggunakan prinsip penyangga untuk mempertahankan ph Larutan penyangga juga digunakan dalam obat tetes mata 3. Dalam bidang pertanian, suatu tanaman hidroponik memerlukan suatu mineral yang berupa larutan penyangga. 20