Pengertian Larutan Penyangga

Larutan penyangga adalah suatu sistem larutan yang dapat mempertahankan nilai pH larutan agar tidak terjadi perubahan pH yang berarti oleh karena penambahan asam atau basa maupun pengenceran. Larutan ini disebut juga dengan larutan buffer atau dapar.

Dalam kehidupan sehari-hari, terdapat berbagai reaksi kimia yang merupakan reaksi asam basa. Sebagai contoh, reaksi beberapa enzim pencernaan dalam sistem biologis. Enzim pepsin yang berfungsi memecah protein dalam lambung hanya dapat bekerja optimal dalam suasana asam, yakni pada sekitar pH 2. Dengan kata lain, jika enzim berada pada kondisi pH yang jauh berbeda dari pH optimal tersebut, maka enzim dapat menjadi tidak aktif bahkan rusak. Oleh karena itu, perlu ada suatu sistem yang menjaga nilai pH di mana enzim tersebut bekerja. Sistem untuk mempertahankan nilai pH inilah yang disebut dengan larutan penyangga. Hal ini terjadi sebagaimana dalam larutan ini terdapat zat-zat terlarut bersifat “penahan” yang terdiri dari komponen asam dan basa. Komponen asam akan menahan kenaikan pH sedangkan komponen basa akan menahan penurunan pH.

Fungsi Larutan Penyangga

Larutan penyangga banyak digunakan dalam analisis kimia, biokimia dan mikrobiologi. Selain itu, dalam bidang industri, juga banyak digunakan pada proses seperti fotografi, electroplating (penyepuhan), pembuatan bir, penyamakan kulit, sintesis zat warna, sintesis obat-obatan, maupun penanganan limbah.

Di dalam tubuh makhluk hidup juga terdapat larutan penyangga yang sangat berperan penting. Dalam keadaan normal, pH darah manusia yaitu 7,4. pH darah tidak boleh turun di bawah 7,0 ataupun naik di atas 7,8 karena akan berakibat fatal bagi tubuh. pH darah dipertahankan pada 7,4 oleh larutan penyangga karbonat-bikarbonat (H₂CO₃/HCO₃⁻) dengan menjaga perbandingan konsentrasi [H₂CO₃] : [HCO₃⁻] sama dengan 1 : 20. Selain itu, dalam cairan intra sel juga terdapat larutan penyangga dihidrogenfosfat-monohidrogenfosfat (H₂PO₄⁻/HPO₄²⁻). Larutan penyangga H₂PO₄⁻/HPO₄²⁻ juga terdapat dalam air ludah, yang berfungsi untuk menjaga pH mulut sekitar 6,8 dengan menetralisir asam yang dihasilkan dari fermentasi sisa-sisa makanan yang dapat merusak gigi.

Komponen Larutan Penyangga

Larutan penyangga asam

Larutan buffer asam mempertahankan pH pada suasana asam (pH < 7). Larutan buffer asam terdiri dari komponen asam lemah (HA) dan basa konjugasinya (A⁻). Larutan seperti ini dapat diperoleh dengan:

1. mencampurkan asam lemah (HA) dengan garam basa konjugasinya (LA, yang dapat terionisasi menghasilkan ion A⁻)
2. mencampurkan suatu asam lemah dalam jumlah berlebih dengan suatu basa kuat sehingga bereaksi menghasilkan garam basa konjugasi dari asam lemah tersebut.

Contoh: larutan penyangga yang mengandung CH₃COOH dan CH₃COO⁻

Dalam larutan tersebut, terdapat kesetimbangan kimia:

CH₃COOH(aq) ⇌ CH₃COO⁻(aq) + H⁺(aq)

Pada penambahan asam (H⁺), kesetimbangan akan bergeser ke arah kiri, sehingga reaksi mengarah pada pembentukan CH₃COOH. Dengan kata lain, asam yang ditambahkan akan dinetralisasi oleh komponen basa konjugasi (CH₃COO⁻).

Pada penambahan basa (OH⁻), kesetimbangan akan bergeser ke arah kanan, yakni reaksi pembentukan CH₃COO⁻ dan H⁺, sebagaimana untuk mempertahankan konsentrasi ion H⁺ yang menjadi berkurang karena OH⁻ yang ditambahkan bereaksi dengan H⁺ membentuk H₂O. Dengan kata lain, basa yang ditambahkan akan dinetralisasi oleh komponen asam lemah (CH₃COOH).

Larutan penyangga basa

Larutan buffer basa mempertahankan pH pada suasana basa (pH > 7). Larutan buffer basa terdiri dari komponen basa lemah (B) dan basa konjugasinya (BH⁺). Larutan seperti ini dapat diperoleh dengan:

1. mencampurkan basa lemah (B) dengan garam asam konjugasinya (BHX, yang dapat terionisasi menghasilkan ion BH⁺)
2. mencampurkan suatu basa lemah dalam jumlah berlebih dengan suatu asam kuat sehingga bereaksi menghasilkan garam asam konjugasi dari basa lemah tersebut.

Contoh: larutan penyangga yang mengandung NH₃ dan NH₄⁺

Dalam larutan tersebut, terdapat kesetimbangan:

NH₃(aq) + H₂O(l) ⇌ NH₄⁺(aq) + OH⁻(aq)

Pada penambahan asam (H⁺), kesetimbangan akan bergeser ke arah kanan, yakni reaksi pembentukan NH₄⁺ dan OH⁻, sebagaimana untuk mempertahankan konsentrasi ion OH⁻ yang menjadi berkurang karena H⁺ yang ditambahkan bereaksi dengan OH⁻ membentuk H₂O. Dengan kata lain, asam yang ditambahkan akan dinetralisasi oleh komponen basa lemah (NH₃).

Pada penambahan basa (OH⁻), kesetimbangan akan bergeser ke arah kiri, sehingga reaksi mengarah pada pembentukan NH₃ dan air. Dengan kata lain, basa yang ditambahkan akan dinetralisasi oleh komponen asam konjugasi (NH₄⁺).

pH Larutan Penyangga

Larutan penyangga asam

Dalam larutan buffer asam yang mengandung CH₃COOH dan CH₃COO⁻, terdapat kesetimbangan:

CH₃COOH(aq) ⇌ CH₃COO⁻(aq) + H⁺(aq)

Setelah disusun ulang, persamaan pH larutan di atas akan menjadi persamaan larutan penyangga yang dikenal sebagai persamaan Henderson – Hasselbalch sebagaimana persamaan berikut ini:

Jika a = jumlah mol asam lemah, g = jumlah mol basa konjugasi, dan V = volum larutan penyangga,

Larutan penyangga basa

Dalam larutan buffer basa yang mengandung NH₃ dan NH₄⁺, terdapat kesetimbangan:

NH₃(aq) + H₂O(l) ⇌ NH₄⁺(aq) + OH⁻(aq)

Jika b = jumlah mol basa lemah, g = jumlah mol asam konjugasi, dan V = volum larutan penyangga,

Contoh Soal Larutan Penyangga

Tentukan pH larutan penyangga yang dibuat dengan mencampurkan:

a. 10 mL larutan CH₃COOH 0,1 M dengan 10 mL larutan CH₃COONa 1 M

b. 20 mL larutan CH₃COOH 0,1 M dengan 10 mL larutan KOH 0,1 M

c. 40 mL larutan NH₃ 0,1 M dengan 4 mL larutan NH₄Cl 0,1 M

K_a CH₃COOH = 1 × 10⁻⁵; K_b NH₃ = 1 × 10⁻⁵

Jawab:

a. Larutan penyangga dengan CH₃COOH sebagai asam lemah dan CH₃COONa sebagai garam basa konjugasi

a = mol CH₃COOH = 10 mL × 0,1 mmol/mL = 1 mmol

g = mol CH₃COO⁻ = mol CH₃COONa = 10 mL × 1 mmol/mL = 10 mmol

b. 10 mL larutan basa kuat KOH 0,1 M (1 mmol KOH) akan bereaksi dengan 20 mL larutan asam lemah CH₃COOH 0,1 M (2 mmol CH₃COOH) menghasilkan air dan garam basa konjugasi CH₃COOK.

CH₃COOH(aq) + OH⁻(aq)  ⇌  CH₃COO⁻(aq) + H₂O(l)

c. Larutan penyangga dengan NH₃ sebagai basa lemah dan NH₄Cl sebagai garam asam konjugasi

b = mol NH₃ = 40 mL × 0,1 mmol/mL = 4 mmol

g = mol NH₄⁺ = mol NH₄Cl = 4 mL × 0,1 mmol/mL = 0,4 mmol

Referensi:

Brown, Theodore L. et al. 2015. Chemistry: The Central Science (13^th edition). New Jersey: Pearson Education, Inc.

Lew, Kristi. 2009. Essential Chemistry: Acids and Bases. New York: Chelsea House.

McMurry, John E., Fay, Robert C., & Robinson, Jill K. 2016. Chemistry (7^th edition). New Jersey: Pearson Education, Inc.

Petrucci, Ralph H. et al. 2017. General Chemistry: Principles and Modern Applications (11^th edition). Toronto: Pearson Canada Inc.

Purba, Michael. 2006. Kimia 2B untuk SMA Kelas XI. Jakarta: Erlangga.

Retnowati, Priscilla. 2005. SeribuPena Kimia SMA Kelas XI Jilid 2. Jakarta: Erlangga.

Artikel: Larutan Penyangga

Kontributor: Nirwan Susianto

Alumni Kimia FMIPA UI

Materi StudioBelajar.com lainnya:

1. Laju Reaksi
2. Struktur Atom
3. Konfigurasi Elektron