Bab IV Hasil dan Pembahasan

Transkripsi

1 Bab IV Hasil dan Pembahasan IV.1 Pembuatan Larutan Buffer Semua zat yang digunakan untuk membuat larutan buffer dapat larut dengan sempurna. Larutan yang diperoleh jernih, homogen, dan tidak berbau. Data setiap larutan penyusun larutan buffer terangkum pada Tabel IV.1 berikut: Tabel IV.1 Data zat penyusun larutan buffer No. Jenis Zat Untuk Konsentrasi Teori Eksperimen 1 M 0,1 M 1 M 0,1 M 1. Asam sitrat dihidrat 1,54 2,04 2,05 2,57 2. Natrium sitrat dihidrat 9,70 9,20 8,12 7,18 3. Natrium dihidrogen fosfat 3,60 4,10 4,48 4,57 4. Dinatrium monohidrogen fosfat 10,60 10,11 9,41 8,98 5. Kalium dihidrogen fosfat 3,60 4,10 4,02 4,72 6. Natrium hidroksida ,44 12,49 Zat yang bersifat asam selain asam sitrat dihidrat adalah garam asam natrium dihidrogen fosfat dan kalium dihidrogen fosfat sedangkan yang bersifat basa selain natrium hidroksida adalah garam basa natrium sitrat dihidrat dan dinatrium monohidrogen fosfat. Harga yang diperoleh untuk setiap zat penyusun larutan buffer dengan konsentrasi berbeda hampir sama namun masih ada dalam batas kapasitas buffer. Setiap larutan buffer tersebut memiliki tertentu yang tidak banyak berubah terhadap konsentrasi (perhitungan secara teori ada di dalam Lampiran B). Berdasarkan data pada Tabel IV.1 di atas diperoleh bahwa untuk zat yang bersifat asam ketika diencerkan 10x dengan akuades yaitu dari konsentrasi 1 M ke 0,1 M mengalami kenaikan sedangkan yang bersifat basa mengalami penurunan. Hal tersebut bersesuaian dengan pernyataan skala yaitu jika zatnya rendah dan bersifat asam (<7) maka zat tersebut ketika diencerkan dengan akuades berusaha untuk mencapai air yang netral (=7) dengan cara menaikkan 17

2 nya. Begitu pula untuk zat yang bersifat basa (>7) ketika diencerkan dengan akuades berusaha untuk mencapai air yang netral dengan cara menurunkan. Pernyataan tersebut dapat ditunjukkan dalam gambar berikut: 0 Asam Basa 7 14 Netral Untuk membuat satu larutan buffer dapat diperoleh dari berbagai macam campuran. Larutan buffer yang berasal dari senyawa sitrat dapat menghasilkan 4 dan 6 sedangkan yang berasal dari senyawa fosfat menghasilkan Untuk setiap larutan buffer yang dibuat memiliki harga berbeda (perhitungan secara teori ada di dalam Lampiran E). larutan buffer ditentukan dari harga Ka dan perbandingan asam lemah dengan basa konjugasinya sedangkan kapasitas buffer ditentukan pada jumlah asam/basa yang ditambahkan ke dalam larutan buffernya. Larutan buffer 4 dapat dibuat dengan dua komposisi berbeda yaitu yang pertama campuran asam lemah dengan basa konjugasi dari larutan asam sitrat dihidrat dengan natrium sitrat dihidrat konsentrasi 1 M dan yang kedua campuran larutannya sama dengan di atas tetapi konsentrasinya 0,1 M. yang diperoleh relatif sama yaitu sedikit ada di bawah 4. yang diperoleh relatif sama yaitu sedikit ada di atas 4. Larutan buffer 6 juga dapat dibuat dari campuran yang sama dengan larutan buffer 4 tetapi konsentrasinya berbeda. Dari campuran tersebut diperoleh tiga komposisi berbeda yaitu campuran larutan asam sitrat dihidrat 0,1 M dengan natrium sitrat dihidrat 1 M; larutan natrium dihidrogen fosfat dengan dinatrium monohidrogen fosfat konsentrasi 1 M; campuran garam asam dengan basa kuat yaitu larutan kalium dihidrogen fosfat dengan natrium hidroksida 1 M. yang diperoleh dari campuran senyawa sitrat lebih sedikit di bawah 6 dibandingkan yang berasal dari senyawa fosfat sedikit di atas 6. 18

3 Larutan buffer 8 dibuat dari campuran larutan senyawa fosfat yang sama dengan larutan buffer 6 tetapi volume yang ditambahkan berbeda. Dari campuran tersebut diperoleh dua komposisi berbeda yaitu larutan natrium dihidrogen fosfat dengan dinatrium monohidrogen fosfat konsentrasi 1 M; larutan kalium dihidrogen fosfat dengan natrium hidroksida konsentrasi 1 M. Larutan buffer 10 dibuat dari campuran larutan yang sama dengan larutan buffer 6 dan 8 tetapi volume yang ditambahkan berbeda. Dari campuran tersebut hanya diperoleh satu komposisi yaitu larutan kalium dihidrogen fosfat dengan natrium hidroksida konsentrasi 1 M. Ada kecenderungan larutan buffer yang dibuat dari senyawa sitrat memiliki harga lebih rendah dibandingkan dari senyawa fosfat. Untuk larutan buffer sitrat, terjadi penurunan sekitar 0,3 0,4 satuan sedangkan buffer fosfat menunjukkan peningkatan sekitar 0,2 0,8 satuan. Asam sitrat dan natrium sitrat yang dibuat dari konsentrasi 1 M dan 0,1 M relatif sama. Larutan buffer dengan konsentrasi 1 M dan 0,1 M menghasilkan yang sama dan tidak mempengaruhi perubahan. Hal tersebut disebabkan karena senyawa sitrat memiliki tiga gugus karboksil (-COOH) yang dapat melepaskan proton dalam larutan dan memiliki harga Ka yang lebih besar/lebih bersifat asam dibandingkan dengan senyawa fosfat (harga Ka dapat dilihat pada Tabel A.3 di Lampiran A). Adanya perbedaan nilai dari setiap larutan buffer yang dibuat dalam penelitian ini berkaitan dengan asam lemah yang digunakan adalah berupa asam triprotik yaitu asam sitrat dihidrat dan asam fosfat yang memiliki harga Ka lebih dari satu (Ka 1 >Ka 2 >Ka 3 ) di mana untuk kedua larutan tersebut yang banyak mempengaruhi berasal dari Ka 2 karena Ka 2 dapat menjelaskan pembentukan satu ion dari ion yang lainnya. Harga antara teori dan eksperimen diperoleh selisih cukup besar pada ion sitrat yaitu kondisi fisiknya padatan coklat muda, seharusnya padatan putih. Pada larutan buffer 4 dipengaruhi konsentrasi di mana dengan pengenceran 10x (1 M menjadi 0,1 M) masih memiliki relatif sama. Umumnya campuran larutan buffer itu berasal dari asam lemah dengan basa konjugasinya namun untuk 19

4 larutan buffer 6, 8, dan 10 berasal dari campuran larutan kalium dihidrogen fosfat dan natrium hidroksida, - OH yang berasal dari natrium hidroksida bereaksi dengan kalium dihidrogen fosfat menghasilkan ion monohidrogen fosfat sehingga terbentuk campuran buffer. Perbedaan ini disebabkan oleh sifat dari natrium hidroksida yang merupakan basa kuat ketika dicampurkan dengan kalium dihidrogen fosfat yang bersifat asam lemah, natrium hidroksida tersebut dapat menyeimbangkan H + dari kalium dihidrogen fosfat sehingga mampu berfungsi sebagai larutan buffer. Pada larutan buffer fosfat ( 6 10), campurannya yang bersifat buffer bukan basa kuat NaOH dengan KH 2 PO 4 melainkan campuran reaksi: H 2 PO OH HPO 4 + H 2 O (II.25) Secara singkat dapat dilihat pada Tabel IV.2 berikut ini : Tabel IV.2 Data setiap larutan buffer Larutan Buffer Buffer Larutan asam sitrat dihidrat 0,1 M dan natrium sitrat dihidrat 0,1 M 4 Larutan asam sitrat dihidrat 1 M dan larutan natrium sitrat dihidrat 1 M Larutan asam sitrat dihidrat 0,1 M dan natrium sitrat dihidrat 1 M 6 Larutan kalium dihidrogen fosfat 1 M dan natrium hidroksida 1 M Larutan natrium dihidrogen fosfat 1 M dan dinatrium monohidrogen fosfat 1 M Larutan kalium dihidrogen fosfat 1 M dan natrium hidroksida 1 M 8 Larutan natrium dihidrogen fosfat 1 M dan dinatrium monohidrogen fosfat 1 M 10 Larutan kalium dihidrogen fosfat 1 M dan natrium hidroksida 1 M Teori Eksperimen 4,74 3,71 4,74 3,73 5,74 5,64 6,73 6,49 7,21 6,65 7,69 7,77 8,05 8,01 10,45 10,85 Konsentrasi NaOH yang ditentukan dari hasil standarisasi dengan larutan asam oksalat dihidrat 0,0500 M adalah sebesar 0,1107 M dan konsentrasi HCl dari hasil titrasi dengan NaOH yaitu sebesar 0,0920 M (perhitungan dalam Lampiran C.2). Konsentrasi NaOH yang diperoleh tidak tepat 0,1 M sehingga mempengaruhi juga konsentrasi HCl. Hal ini disebabkan sifat dari larutan NaOH itu sendiri yang higroskopis, mudah terurai, tidak stabil di udara/bereaksi dengan CO 2. 20

5 IV.2 Uji Kemampuan Larutan Buffer Mempertahankan IV.2.1 Cara Variasi Kontinyu Larutan buffer 4 yang digunakan berasal dari larutan asam sitrat dihidrat dan natrium sitrat dihidrat konsentrasi 0,1 M dengan 3,65. Batasan kapasitas buffer yang dimilikinya yaitu 2,65 4,65. Dengan cara variasi kontinyu untuk larutan buffer 4 baik melalui penambahan asam maupun basa diperoleh komposisi volume larutan buffer dan asam/basaa yaitu sebanyak 30:20. Penambahan asam/basa yang lebih banyak dari komposisi ini, sudah tidak mampu mempertahankan nya pada daerah kapasitas buffer. Kemampuan larutan buffer mempertahankan dapat dibuktikan dengan pengenceran 10x. Penambahan asam/basa ke dalam larutan buffer yang sudah diencerkan tersebut sesuai dengan komposisi yang ada dalam batasan kapasitas buffer yaitu 30:20. Secara rinci dapat dilihat data untuk larutan buffer 4 yang tertera dalam Tabel IV.3 berikut ini: Tabel IV.3 Pengukuran larutan buffer 4 Komposisi Volume (ml) Buffer HCl/ NaOH Buffer HCl 0,0920 M NaOH 0,1107 M I II Rataratrata I II Rata ,49 3,48 3,49 4,02 4,01 4, ,20 3,19 3,20 4,15 4,15 4, ,02 3,00 3,01 4,50 4,50 4, ,65 2,46 2,46 2,46 5,60 5,60 5, ,11 2,11 2,11 6,32 6,32 6, ,84 0,84 0,84 11,99 12,00 12, ,61 0,60 0,61 12,70 12,71 12,71 Aluran terhadap volume penambahan asam/basa menunjukkan pola perubahan larutan buffer. Pola perubahan pada larutan buffer 6, 8, dan 10 mirip dengan 4 tetapi berbeda pada komposisi dan bentuk simetrisnya. Pola yang diperoleh untuk larutan buffer 4, 8, dan 10 adalah bentuknya tidak simetris sedangkan 6 simetris. Bentuk simetris menunjukkan adanya kesetaraan antara perubahan penambahan volume asam/basa terhadap perubahan larutan buffernya. 21

6 Bentuk kurva untuk penambahan HCl pada larutan buffer 4 adalah landai di mana menurun perlahan lahan hampir linier sedangkan penambahan NaOH awalnya meningkat perlahan kemudian berubah cukup besar sebanyak 5,68 pada komposisi 20:30 ke 10:40 sehingga menghasilkan kurva yang curam. Komposisi 30:20 untuk penambahan HCl merupakan komposisi maksimum yang masih mampu mempertahankan di mana dengan penambahan HCl mengakibatkan jumlah larutan asam sitrat dihidrat bertambah dan ion sitrat (natrium sitrat dihidrat) berkurang. Perubahan tersebut menekan larutan asam sitrat dihidrat untuk terionisasi menjadi H 3 O + dan ion sitrat, yang menyebabkan terjadi kesetimbangan H 3 O + dalam larutan. Kesetimbangan ini menyebabkan nya tidak banyak berubah. Larutan buffer ini ketika ditambahkan HCl, H 3 O + dari HCl mula mula bereaksi dengan natrium sitrat dihidrat yang menyebabkan buffer mulai turun perlahan. Semakin banyak HCl yang ditambahkan ke dalam larutan buffer maka terus turun karena HCl sudah tidak bereaksi dengan natrium sitrat dihidratnya yang habis sehingga dalam larutan yang tersisa yaitu HCl dan asam sitrat dihidrat. Oleh karena larutan buffer ini bersifat asam maka dengan penambahan asam tidak terjadi perubahan yang drastis sehingga kurvanya landai. Komposisi 30:20 tepatnya dalam grafik sekitar 28:22 merupakan komposisi maksimum yang masih mampu mempertahankan di mana dengan penambahan NaOH mengakibatkan jumlah larutan asam sitrat dihidrat berkurang dan ion sitrat (natrium sitrat dihidrat) bertambah. Perubahan tersebut menyebabkan terjadinya kesetimbangan antara ion sitrat dengan asam sitrat dihidratnya sehingga tidak terlalu besar perubahannya. Larutan buffer ini ketika ditambahkan NaOH, OH dari NaOH mula mula bereaksi dengan asam sitrat dihidrat yang menyebabkan buffer mulai naik perlahan. Semakin banyak NaOH yang ditambahkan ke dalam larutan buffer maka terus naik karena NaOH sudah tidak bereaksi dengan asam sitrat dihidratnya yang habis sehingga dalam larutan yang tersisa yaitu natrium sitrat dihidrat dan NaOH. Oleh karena larutan buffer ini bersifat asam maka dengan penambahan basa yang makin banyak menyebabkan perubahan yang drastis sehingga kurvanya curam. Komposisi volume yang diperoleh dari aluran grafik lebih teliti dibandingkan yang ada dalam Tabel IV.3. 22

7 Untuk lebih memahami penjelasannya, dibuat grafik antara terhadap volume asam/basa seperti tertera dalam Gambar IV.1 berikut ini: (28:22) HCl 0,1 M NaOH 0,1 M 4.00 (30:20) Volume HCl/NaOH (ml) Gambar IV.1 Pola Perubahan Larutan Buffer 4 Larutan buffer 8 dan 10 memiliki kemiripan dengan larutan buffer 4 dari bentuknya yang tidak simetris. Namun dengan melihat komposisi dan kurvanya berbeda. Untuk kurvanya saling bertolak belakang di mana pada larutan buffer 4, kurva yang curam terjadi pada saat penambahan basa sedangkan larutan buffer 8 dan 10 sebaliknya. Dengan penambahan asam, larutan buffer 8 dan 10 menghasilkan kurva yang curam (turun drastis) mulai pada komposisi buffer dengan asam/basanya ada di 30:20 ke 25:25 sebanyak 3,44 untuk larutan buffer 8 dan 40:10 ke 30:20 sebanyak 6,37 untuk larutan buffer 10. Adapun dengan penambahan basa, kedua larutan buffer ini menghasilkan kurva yang landai (naik perlahan). Larutan buffer 8 yang diuji berasal dari pengenceran 10x campuran larutan natrium dihidrogen fosfat dan dinatrium monohidrogen fosfat konsentrasi 1 M dengan 7,52. Adapun larutan buffer 10 berasal dari pengenceran 10x campuran larutan kalium dihidrogen fosfat dan natrium hidroksida konsentrasi 1 M dengan 9,62. Kedua larutan buffer ini masing masing memiliki batasan kapasitas buffernya dari 6,52 9,52 dan 8,62 10,62. 23

8 Dengan penambahan asam diperoleh komposisi volume larutan buffer dan asamnya yang masih dapat mempertahankan yaitu sebanyak 40:10 dan penambahan basa sebanyak 45:5 tepatnya sekitar 43:7 untuk larutan buffer 8. Adapun untuk larutan buffer 10, dengan penambahan asam ada pada komposisi 45:5 dan penambahan basa ada di 45:5 tepatnya sekitar 42:8. Komposisi ini merupakan komposisi maksimum yang dapat mempertahankan. Jika asam/basa yang ditambahkan lebih banyak dari komposisi ini maka sudah tidak bersifat buffer lagi. Kemampuan larutan buffer mempertahankan dibuktikan dengan pengenceran 10x. Penambahan asam/basa ke dalam larutan buffer yang sudah diencerkan tersebut sesuai dengan komposisi yang ada dalam batasan kapasitas buffer. Secara rinci dapat dilihat data untuk larutan buffer 8 dan 10 ada dalam Tabel F.2 dan F.3 (dalam Lampiran F). Pola perubahan yang diperoleh pada kedua larutan buffer ini tidak simetris (lihat Gambar IV.2.a dan IV.2.b). H 3 O + dari HCl yang ditambahkan ke dalam larutan buffer 8 bereaksi dengan dinatrium monohidrogen fosfat yang menyebabkan buffer turun perlahan. Semakin banyak HCl yang ditambahkan ke dalam larutan buffer maka terus turun karena HCl sudah tidak bereaksi dengan dinatrium monohidrogen fosfatnya yang habis sehingga dalam larutan yang tersisa yaitu HCl dan natrium dihidrogen fosfat. Begitu pula dengan larutan buffer 10, di mana H 3 O + dari HCl yang ditambahkan bereaksi dengan ion monohidrogen fosfat yang dihasilkan dari reaksi kalium dihidrogen fosfat dengan natrium hidroksidanya. Hal ini menyebabkan buffer terus turun perlahan dan menghasilkan kurva yang landai. Larutan buffer 10 memiliki kurva yang lebih curam dibandingkan dengan buffer 8. Hal ini berkenaan dengan sifat larutan buffer 10 yang lebih basa. Sifat basa ini berasal dari komponen penyusun larutan buffernya berupa kalium dihidrogen fosfat dan natrium hidroksida. Larutan buffer 6 yang diuji berasal dari pengenceran 10x campuran larutan natrium dihidrogen fosfat dan dinatrium monohidrogen fosfat konsentrasi 1 M dengan 6,02. Larutan ini memiliki batasan kapasitas buffer dari 5,02 7,02. Baik dengan penambahan asam ataupun basa ke dalam larutan ini, diperoleh pola 24

9 perubahan yang simetris (lihat Gambar IV.2.c). Bentuk simetris ini didukung dari kurva yang sama sama curam (turun dan naik drastis) pada komposisi 40:10 ke 30:20 sebanyak 3,17 untuk penambahan asam dan 4,50 untuk penambahan basa. Secara rinci dapat dilihat data untuk larutan buffer 6 yang tertera dalam Tabel F.1 (dalam Lampiran F). Komposisi 40:10 tepatnya dalam grafik sekitar 38:12 merupakan komposisi maksimum yang masih mampu mempertahankan ketika ditambahkan HCl. Begitu pula ketika ditambahkan NaOH yaitu ada pada komposisi 40:10. Namun ketika lewat dari komposisi ini, larutan sudah tidak bersifat buffer lagi karena H 3 O + dari HCl sudah tidak bereaksi dengan dinatrium monohidrogen fosfat melainkan bereaksi dengan natrium dihidrogen fosfat. Begitu pula OH dari NaOH sudah tidak bereaksi dengan natrium dihidrogen fosfat melainkan bereaksi dengan dinatrium monohidrogen fosfat. Kemampuan larutan buffer mempertahankan dibuktikan dengan pengenceran 10x. Penambahan asam/basa ke dalam larutan buffer yang sudah diencerkan tersebut sesuai dengan komposisi yang ada dalam batasan kapasitas buffer. Larutan buffer yang sudah dibuat terbukti mampu mempertahankan ketika adanya penambahan asam/basa dengan perbandingan tertentu. Perbandingan mol asam/basa yang ditambahkan ke dalam larutan buffer tidak boleh melebihi dari 2/3x mol larutan buffer untuk 4, 1/4x mol larutan buffer untuk 6, dan 1/9x mol larutan buffer untuk 10. Untuk larutan buffer 8, perbandingan mol asamnya yaitu 1/4x sedangkan perbandingan mol basanya yaitu 1/9x dari mol larutan buffernya. Berdasarkan Gambar IV.1 dan IV.2 diperoleh pola perubahan yang berbeda untuk setiap larutan buffer. Penambahan asam ke dalam larutan buffer dihasilkan kurva menurun landai pada 4 dan menurun curam pada 6, 8, dan 10. Penambahan basa ke dalam larutan buffer dihasilkan kurva meningkat curam untuk 4 dan 6 sedangkan meningkat landai untuk 8 dan 10. Untuk lebih memahami penjelasannya, dibuat grafik antara terhadap volume asam/basa seperti tertera dalam Gambar IV.2 berikut ini: 25

10 a (43:7) (40:10) HCl 0,1 M 4.00 NaOH 0,1 M Volume HCl/NaOH (ml) (42:8) b (45:5) HCl 0,1 M 4.00 NaOH 0,1 M Volume HCl/NaOH (ml) c (40:10) (38:12) HCl 0,1 M NaOH 0,1 M Volume HCl/NaOH (ml) Gambar IV.2 Pola perubahan larutan buffer 6, 8, dan 10 a. Buffer 8 b. Buffer 10 c. Buffer 6 26

11 IV.2.2 Cara Pengenceran Larutan buffer yang digunakan berasal dari senyawa sitrat dan fosfat. Senyawa sitrat menghasilkan lebih rendah sedangkan senyawa fosfat nya lebih tinggi. Dengan pengenceran, larutan buffer yang memiliki <7 cenderung mengalami kenaikan sedangkan Buffer >7 cenderung mengalami penurunan. Hal ini bersesuaian dengan penjelasan dalam skala. Untuk yang sama, larutan buffer sitrat memerlukan volume asam/basa yang lebih banyak dibandingkan buffer fosfat. Contohnya yaitu pada buffer 5,64 memerlukan 8 ml HCl dan 1 ml NaOH sedangkan 6,65 memerlukan 2 ml dan 1 ml. Makin besar larutan buffer maka asam/basa yang ditambahkan makin sedikit. Untuk lebih jelas hasil uji kemampuan larutan buffer 4 10 dalam mempertahankan dapat dilihat dalam Tabel IV.4 berikut ini: Tabel IV.4 Pengukuran larutan buffer setelah pengenceran dan penambahan HCl/NaOH No. Larutan Buffer Sebelum Pengenceran Sebelum Pengenceran Larutan Buffer Setelah Penambahan HCl 0,0920 M NaOH 0,1107 M Volume Volume HCl (ml) NaOH (ml) 1. 3,73 3, , , ,64 5,99 8 4,58 1 6, ,65 6,76 2 2, , ,77 7,52 2 5,87 1 8, ,10 8,60 1 7, , ,85 9,50 1 8, ,54 Pengenceran larutan buffer sampai 100x (1 M menjadi 0,01 M) masih ada dalam daerah kapasitas buffer dengan mengalami perubahan sekitar 0,1 0,6 satuan kecuali pada 10,85 berubah sebesar 1,3 satuan. Dengan demikian faktor pengenceran tidak mengubah larutan buffer (masih ada dalam daerah kapasitas buffer). Hal tersebut disebabkan komponen komponen yang ada dalam akuades dapat bereaksi dengan komponen asam dan basa dari larutan buffer. 27