Buffer (Ala Chyntia A. P. XI IPA 5 08)

BUFFER (Larutan Penyangga)

A.    Pengertian Buffer

Larutan buffer atau penyangga adalah larutan yang dapat menahan pH tersebut atau tidak berubah meski ditambah sedikit asam atau sedikit basa atau juga diencerkan. Larutan penyangga dapat dibedakan atas larutan penyangga asam dan larutan penyangga basa. Larutan penyangga asam mempertahankan pH pada daerah asam (pH < 7) sedangkan larutan penyangga basa mempertahankan pH pada daerah basa (pH > 7).

B.     Jenis – Jenis Buffer

1. Larutan penyangga asam
Larutan penyangga asam mengandung suatu asam (HA) dan basa konjugasinya (ion A-). Larutan seperti ini dapat dibuat dengan berbagai cara yaitu:

a.       Mencampurkan asam lemah (HA) dengan garam LA menghasilkan ion A- yang merupakan basa konjugasi dari asam (HA) dan basa konjugasinya (ion A־).

Contoh :
1) Larutan CH3COOH + larutan NaHCO3 (komponen penyangga CH3COOH dan CH3COO-).
2) Larutan H2CO3 + larutan NaHCO3 (komponen penyangga H2CO3 dan HCO3-).

b.      Mencampurkan suatu asam lemah dengan suatu basa kuat dimana asam lemah dicampurkan dalam jumlah berlebih. Campuran akan menghasilkan garam yang mengandung basa konjugasi dan asam lemah yang bersangkutan (Purba, 2007).

2. Larutan penyangga basa
Larutan penyangga basa mengandung suatu basa lemah (B) dan asam konjugasinya (BH+). Larutan penyangga basa dapat dibuat dengan cara yang serupa dengan pembuatan larutan penyangga asam, yaitu :

a.       Mencampurkan suatu basa lemah dengan garamnya. Contoh : Larutan NH3 + larutan NH4Cl (komponen penyangganya NH3 dan NH4+).

b.      Mencampurkan basa lemah dengan suatu asam kuat dimana basa lemahnya dicampurkan berlebihan.

C.    Cara Kerja Buffer

Larutan penyangga mengandung sesuatu yang akan menghilangkan ion hidrogen atau ion hidroksida yang mana anda mungkin menambahkannya – sebaliknya akan merubah pH. Larutan penyangga yang bersifat asam dan basa mencapai kondisi ini melalui cara yang berbeda.

a.      Larutan penyangga yang bersifat asam

Kita akan mengambil campuran asam etanoat dan natrium etanoat sebagai contoh yang khas.
Asam etanoat adalah asam lemah, dan posisi kesetimbangan akan bergeser ke arah kiri:

Penambahan natrium etanoat pada kondisi ini menambah kelebihan ion etanoat dalam jumlah yang banyak. Berdasarkan Prinsip Le Chatelier, ujung posisi kesetimbangan selanjutnya bergeser ke arah kiri.

o   Penambahan asam pada larutan penyangga yang bersifat asam

Larutan penyangga harus menghilangkan sebagian besar ion hidrogen yang baru sebaliknya pH akan turun dengan mencolok sekali.
Ion hidrogen bergabung dengan ion etanoat untuk menghasilkan asam etanoat. Meskipun reaksi berlangsung reversibel, karena asam etanoat adalah asam lemah, sebagaian besar ion hidrogen yang baru dihilangkan melalui cara ini.

Karena sebagian besar ion hidrogen yang baru dihilangkan, pH tidak akan berubah terlalu banyak – tetapi karena kesetimbangan ikut terlibat, pH akan sedikit menurun.

o   Penambahan basa pada larutan penyangga yang bersifat asam

Larutan basa mengandung ion hidroksida dan larutan penyangga menghilangkan ion hidroksida tersebut.
Penghilangan ion hidroksida melalui reaksi dengan asam etanoat
Sebagian besar zat yang bersifat asam yang mana ion hidroksida bertumbukan dengan molekul asam etanoat. Keduanya akan bereaksi untuk membentuk ion etanoat dan air.

Karena sebagian besar ion hidroksida dihilangkan, pH tidak berubah terlalu besar.Penghilangan ion hidroksida melalui reaksi dengan ion hidrogen
Harus diingat bahwa beberapa ion hidrogen yang ada berasal dari ionisasi asam aetanoat.

Ion hidroksida dapat bergabung dengannya untuk membentuk air. Selama hal itu terjadi, ujung kesetimbangan menggantikannya. Hal ini tetap terjadi sampai sebagian besar ion hidrogen dihilangkan.

Sekali lagi, karena anda memiliki kesetimbangan yang terlibat, tidak semua ion hidroksida dihilangkan – karena terlalu banyak. Air yang terbentuk terionisasi kembali menjadi tingkat yang sangat kecil untuk memberikan beberapa ion hidrogen dan ion hidroksida.

b.      Larutan penyangga yang bersifat basa

Kita akan menganbil campuran larutan amonia dan amonium klorida sebagai contoh yang khas.
Amonia adalah basa lemah, dan posisi kesetimbangan akan bergerak ke arah kiri:

Penambahan amonium klorida pada kondisi ini menambahkan kelebihan ion amonium dalam jumlah yang banyak. Berdasarkan Prinsip Le Chatelier, hal itu akan menyebabkan ujung posisi kesetimbangan akan bergeser ke arah kiri.

o   Penambahan asam pada larutan penyangga yang bersifat basa

Terdapat dua proses yang dapat menghilangkan ion hidrogen yang anda tambahkan.
Penghilangan ion hidrogen melalui reaksi dengan amonia
Sebagian besar zat dasar yang mana ion hidrogen bertumbukan dengannya adalah molekul amonia. Keduanya akan bereaksi untuk membentuk ion amonium.

Sebagian besar, tetapi tidak seluruhnya, ion hidrogen akan dihilangkan. Ion amonium bersifat asam yang sedikit lemah, dan karena itu ion hidrohen akan dilepaskan kembali.Penghilangan ion hidrogen melalui reaksi dengan ion hidroksida
Harus diingat bahwa beberepa ion hidroksida yang ada berasal dari reaksi antara amonia dan air.

Ion hidrogen dapat bergabung dengan ion hidroksida tersebut untuk menghasilkan air. Selama hal itu terjadi, ujung kesetimbangan menggantikan ion hidroksida. Hal ini terus terjadi sampai sebagian besar ion hidrogen dihilangkan.

Sekali lagi, karena anda memiliki kesetimbangan yang terlibat, tidak semua ion hidrogen dihilangkan – hanya sebagian besar.

o   Penambahan basa pada larutan penyangga yang bersifat basa

Ion hidroksida dari alkali dihilangkan melali reaksi yang sederhana dengan ion amonium.

Karena amonia yang terbentuk merupakan basa lemah, amonia akan bereaksi dengan air – dan karena itu reaksi sedikit reversibel. Hal ini berarti bahwa, sekali lagi, sebagian besar (tetapi tidak semuanya) ion hidrogen dihilangkan dari larutan.

c.       Menghitung pH larutan penyangga

·         pH larutan buffer asam dapat dihitung dengan menggunakan rumus :

Keterangan:
Ka = tetapan ionisasi asam
a = jumlah mol asam lemah
g = jumlah mol basa konjugasi (garam)
·         pH larutan buffer basa dapat dihitung dengan menggunakan rumus :
 

Keterangan:
Kb = tetapan ionisasi basa
b = jumlah mol basa lemah
g = jumlah mol asam konjugasi (garam)

4. Pengaruh Penambahan Sedikit Asam/Basa pada Buffer

Contoh:

Hitung nilai pH dari campuran 500 ml CH₃COOH 0,1 M dengan 500 ml CH₃COONa 0,1M!

Jawab:

n CH₃COOH = 0,5 liter x 0,1M = 0,05 mol

n CH₃COONa = 0,5 liter x 0,1M = 0,05 mol

Jika pada campuran ditambah 5 ml CH₃COOH0,1M, maka berapakah nilai pH larutan tersebut?

Jika padacampuran ditambah 5ml NH₄OH 0,1M, maka NH₄OH akan bereaksi dengan CH₃COOH.

n NH₄OH =0,005 x 0,1 = 0,0005 mol

n CH₃COOH sisa = mol semula – mol NH₄OH

                             = 0,05 -0,0005

                            = 0,0495 mol

4. Fungsi Larutan Penyangga

a. Larutan Penyangga Asam Karbonat Bikarbonat dalam Darah
Proses-proses kimia yang terjadi dalam tubuh dapat menghasilkan beberapa zat kimia seperti karbondioksida dan ion hidrogen. Dalam hal ini, keberadaan zat-zat kimia tersebut dapat menyebabkan pH darah turun atau naik. Jika pH darah sangat rendah, maka kondisi pada saat tersebut dikenal dengan asidosis, sedangkan jika pH darah sangat tinggi, maka kondisi pada saat tersebut dikenal dengan alkalosis. Larutan penyangga yang paling penting untuk mempertahankan keseimbangan asam basa dalam darah adalah sistem penyangga asam karbonat bikarbonat. Dua buah reaksi kesetimbangan penyangga asam karbonat bikarbonat tersebut dituliskan sebagai berikut :
Bukan reaksi asam basa

H3O+(aq) + HCO3-(aq) →H2CO3(aq)

Asam karbonat (H2CO3) merupakan asam dan air merupakan basa. Basa konjugasi untuk H2CO3 adalah HCO3- (ion karbonat). Asam karbonat juga terurai dengan cepat untuk menghasilkan air dan karbondioksida. Meskipun kesetimbangan antara gas CO2 dengan asam karbonat bukan merupakan reaksi asam basa, tetapi reaksi ini berperan dalam mempertahankan konsentrasi H2CO3 dengan konsentrasi HCO3- dalam darah yaitu sebesar 20:1. Selain itu, hal ini juga dipengaruhi oleh keseimbangan kelarutan gas CO2 dari paru-paru dengan gas CO2 yang terlarut dalam darah. Ketika suatu senyawa asam dimasukkan ke dalam darah, maka ion H+ dari asam tersebut segera bereaksi dengan ion karbonat (HCO3-) dalam darah yang menghasilkan asam karbonat menurut reaksi sebagai berikut:

H2CO3 (aq) → HCO3(aq) + H + (aq)

Jika dalam darah banyak terlarut H2CO3, maka pH darah menjadi lebih rendah, sehingga H2CO3 segera terurai menjadi air dan CO2, dimana gas CO2 ini dibuang ke paru-paru. Akibatnya pH darah relatif tetap. Akan tetapi, ketika suatu asam basa dimasukkan ke dalam darah, maka ion OH- dari basa tersebut segera bereaksi dengan asam karbonat (H2CO3) dalam darah yang menghasilkan ion bikarbonat dan air menurut reaksi sebagai berikut :

OH-(aq) + H2CO3(aq) → HCO3-(aq) + H2O(l)

Akibatnya, asam karbonat dalam darah berkurang dan untuk menggantinya, gas CO2 disuplai dari paru-paru ke dalam darah.

b. Larutan Penyangga Fosfat dalam Darah
Pada cairan intra sel, kehadiran penyangga fosfat sangat penting dalam mengatur pH darah. Penyangga ini berasal dari campuran dihidrogen fosfat (H ₂ PO ₄^- ) dengan monohidrogen fosfat (HPO ₃^2- ).

H ₂ PO ₄^-_(aq) + H ⁺_(aq) --> H ₂ PO _4(aq)

H ₂ PO ₄ - _(aq) + OH ^-_(aq) --> HPO ₄^2-_(aq)) + H ₂ O _(aq)

Penyangga fosfat dapat mempertahankan pH darah 7,4. Penyangga di luar sel hanya sedikit jumlahnya, tetapi sangat penting untuk larutan penyangga urin.

Larutan penyangga fosfat terdiri dari asam fosfat (H3PO4) dalam kesetimbangan dengan ion dihidrogen fosfat (H2PO4-) dan H+. Larutan penyangga fosfat ini hanya berperan kecil dalam darah, hal ini karena H3PO4 dan H2PO4- ditemukan dalam konsentrasi yang sangat rendah dalam darah.

c. Larutan Penyangga Hemoglobin dalam Darah

Pada darah, terdapat hemoglobin yang dapat mengikat oksigen untuk selanjutnya dibawa ke seluruh sel tubuh. Reaksi kesetimbangan dari larutan penyangga oksi hemoglobin adalah:

HHb + O _{2 (g)} « HbO ₂^- + H ⁺

Asam hemoglobin ion aksi hemoglobin

Keberadaan oksigen pada reaksi di atas dapat memengaruhi konsentrasi ion H ⁺, sehingga pH darah juga dipengaruhi olehnya. Pada reaksi di atas O ₂ bersifat basa. Hemoglobin yang telah melepaskan O ₂ dapat mengikat H ⁺ dan membentuk asam hemoglobin. Sehingga ion H ⁺ yang dilepaskan pada peruraian H ₂ CO ₃ merupakan asam yang diproduksi oleh CO ₂ yang terlarut dalam air saat metabolisme.

Hemoglobin juga bertindak sebagai penyangga pH dalam darah. Hal ini karena protein hemoglobin dapat secara bergantian mengikat H+ (pada protein) maupun O2 (pada Fe dari “gugus heme”), tetapi ketika salah satu dari zat tersebut diikat, maka zat yang lain dilepaskan. Hemoglobin membantu mengontrol pH darah dengan mengikat beberapa proton berlebih yang dihasilkan dalam otot. Pada saat yang sama, molekul oksigen dilepaskan untuk digunakan oleh otot tersebut.

d.      Air Ludah sebagai Larutan Penyangga

Gigi dapat larut jika dimasukkan pada larutan asam yang kuat. Email gigi yang rusak dapat menyebabkan kuman masuk ke dalam gigi. Air ludah dapat mempertahankan pH pada mulut sekitar 6,8. Air liur mengandung larutan penyangga fosfat yang dapat menetralisir asam yang terbentuk dari fermentasi sisa-sisa makanan.

e.       Menjaga keseimbangan pH tanaman.

Suatu metode penanaman dengan media selain tanah, biasanya ikerjakan dalam kamar kaca dengan menggunakan mendium air yang berisi zat hara, disebut dengan hidroponik . Setiap tanaman memiliki pH tertentu agar dapat tumbuh dengan baik. Oleh karena itu dibutuhkan larutan penyangga agar pH dapat dijaga.

f.       Larutan Penyangga pada Obat-Obatan

Asam asetilsalisilat merupakan komponen utama dari tablet aspirin, merupakan obat penghilang rasa nyeri. Adanya asam pada aspirin dapat menyebabkan perubahan pH pada perut. Perubahan pH ini mengakibakan pembentukan hormon, untuk merangsang penggumpalan darah, terhambat; sehingga pendarahan tidak dapat dihindarkan. Oleh karena itu, pada aspirin ditambahkan MgO yang dapat mentransfer kelebihan asam.