Larutan Penyangga

Jika ke dalam air murni ditambahkan asam atau basa meskipun dalam jumlah yang sedikit, harga pH dapat berubah secara drastis. Sebagaimana kita ketahui bahwa air murni mempunyai pH = 7. Penambahan 0,001 mol HCl (1 mL HCl 1 M) ke dalam 1 liter air murni akan menghasilkan ion H⁺ sebanyak 10^–3 M, sehingga pH turun menjadi 3. Di lain pihak, penambahan 0,001 mol NaOH (40 mg NaOH) ke dalam 1 liter air murni akan menghasilkan ion OH^– sebanyak 10^–3 M, sehingga pH naik menjadi 11. Jadi, air murni tidak mampu menyangga atau mempertahankan pH terhadap penambahan asam maupun basa.

 Sekarang jika HCl yang sama (1 mL HCl 1 M) ditambahkan ke dalam 1 liter air laut, ternyata perubahan pH-nya jauh lebih kecil, yaitu dari 8,2 menjadi 7,6. Larutan seperti air laut ini, yaitu larutan yang mampu mempertahankan nilai pH tertentu disebut larutan penyangga atau larutan buffer atau dapar.

A. Komponen Larutan Penyangga

Larutan penyangga dibedakan atas larutan penyangga asam dan larutan penyangga basa.

• Larutan penyangga asam mengandung suatu asam lemah (HA) dengan basa konjugasinya (A^–). Contoh:

CH₃COOH + NaCH₃COO (komponen buffer: CH₃COOH dan CH3COO^–)

• Larutan penyangga basa mengandung basa lemah (B) dengan asam konjugasinya (BH⁺).      Contoh:

NH₃ + NH₄Cl (komponen bufer: NH₃ dan NH₄⁺)

Contoh:

Menentukan Larutan Penyangga

Periksalah apakah campuran larutan berikut bersifat penyangga atau tidak?

a. 50 mL larutan CH₃COOH 0,1 M + 50 mL larutan Ca(CH₃COO)₂ 0,1 M
b. 50 mL larutan CH₃COOH 0,1 M + 50 mL larutan NaOH 0,2 M
c. 50 mL larutan CH₃COOH 0,1 M + 50 mL larutan NaOH 0,1 M

Jawab:

a. Campuran dari 50 mL larutan CH₃COOH 0,1 M dengan 50 mL larutan Ca(CH₃COO)₂ 0,1M bersifat penyangga karena mengandung asam lemah (CH₃COOH) dan basa konjugasinya, yaitu ion CH₃COO^– yang berasal dari Ca(CH₃COO)₂.

 b. Campuran dari 50 mL larutan CH₃COOH 0,1 M dengan 50 mL larutan NaOH 0,2 M tidak bersifat penyangga karena CH₃COOH tidak bersisa.

c. Campuran dari 50 mL larutan CH₃COOH 0,1 M dengan 50 mL larutan NaOH 0,1 M bersifat penyangga karena CH₃COOH akan bereaksi dengan sebagian ion OH^– dari NaOH membentuk ion CH₃COO^–.

Jadi, dalam campuran terdapat 5 mmol CH₃COOH (suatu asam lemah) dan 5 mmol ion CH₃COO^– (basa konjugasi dari CH₃COOH).

B. Menghitung pH Larutan Penyangga

1. Larutan Penyangga Asam

Marilah kita tinjau larutan yang mengandung campuran asam lemah dengan basa konjugasinya, misalnya CH₃COOH dengan CH₃COO^–. Kita ketahui bahwa hampir semua ion CH₃COO^– dalam larutan berasal dari garam sebab CH₃COOH hanya sedikit sekali yang terionisasi (James E. Brady, 1990).

Karena dalam satu larutan mengandung CH₃COOH dan CH₃COO^–, maka rumus di atas dapat ditulis:

dengan:

K_a = tetapan ionisasi asam lemah

a  = jumlah mol asam lemah

g  = jumlah mol basa konjugasi

2. Larutan Penyangga Basa

Sekarang marilah kita tinjau larutan yang mengandung basa lemah dengan asam konjugasinya. Misalnya, NH₃ dan NH₄⁺ yang berasal dari garam (James E. Brady, 1990).

Karena dalam satu larutan mengandung NH₃ dan NH₄⁺, maka rumus di atas dapat ditulis:

dengan:
K_b = tetapan ionisasi basa lemah
b  = jumlah mol basa lemah
g  = jumlah mol asam konjugasi
 Contoh:

Sebanyak 50 mL larutan NH₃ 0,1 M (K_b = 10^–5) dicampur dengan 100 mL larutan NH₄Cl 0,5 M. Hitunglah pH larutan tersebut!

Jawab:

50 mL NH₃ 0,1 M + 100 mL NH₄Cl 0,5 M
mol NH₃ = 50 mL × 0,1 mmol/mL = 5 mmol
mol NH₄Cl = 100 mL × 0,5 mmol/mL = 50 mmol

C. Kegunaan Larutan Penyangga

Kebanyakan reaksi-reaksi biokimia dalam tubuh makhluk hidup hanya dapat berlangsung pada pH tertentu. Oleh karena itu, cairan tubuh harus merupakan larutan penyangga agar pH senantiasa konstan ketika metabolisme berlangsung. Dalam keadaan normal, pH dari cairan tubuh termasuk darah kita adalah 7,35 – 7,5. Walaupun sejumlah besar ion H+ selalu ada sebagai hasil metabolisme dari zat-zat, tetapi keadaan setimbang harus selalu dipertahankan dengan jalan membuang kelebihan asam tersebut. Hal ini disebabkan karena penurunan pH sedikit saja menunjukkan keadaan sakit. Untuk itu tubuh kita mempunyai hal-hal berikut.

1. Sistem buffer, untuk mempertahankan pH tubuh agar tetap normal

2. Sistem pernapasan

Di sini dipakai buffer H₂CO₃/HCO₃^–. Misalnya konsentrasi H₃O⁺ dalam darah naik, berarti pH-nya turun.

Bila pH turun maka pusat pernapasan kita akan dirangsang, akibatnya kita bernapas lebih dalam sehingga kelebihan CO₂ akan dikeluarkan melalui paru-paru. Sedangkan bila konsentrasi OH^– naik.

Karena kemampuan mengeluarkan CO₂ ini, maka buffer H₂CO₃ dan HCO₃^– paling baik untuk tubuh.

3. Ginjal

Ginjal kita juga menolong untuk mengatur konsentrasi H₃O⁺ dalam darah agar tetap konstan, dengan jalan mengeluarkan kelebihan asam melalui urine, sehingga pH urine dapat berada sekitar 4,8 – 7,0.

 Kegunaan larutan penyangga tidak hanya terbatas pada tubuh makhluk hidup. Reaksi-reaksi kimia di laboratorium dan di bidang industri juga banyak menggunakan larutan penyangga. Reaksi kimia tertentu ada yang harus berlangsung pada suasana asam atau suasana basa. Buah-buahan dalam kaleng perlu dibubuhi asam sitrat dan natrium sitrat untuk menjaga pH agar buah tidak mudah dirusak oleh bakteri.