Larutan Penyangga (Buffer)
Dalam tulisan ini, kita akan
membahas tentang pengertian larutan penyangga (buffer), fungsi larutan
penyangga (buffer), mekanisme larutan penyangga (buffer) dalam mempertahankan
pH larutan, cara pembuatan larutan penyangga (buffer), serta perhitungan pH
larutan penyangga (buffer).
Larutan penyangga (buffer)
adalah larutan yang dapat menjaga (mempertahankan) pH-nya dari penambahan asam,
basa, maupun pengenceran oleh air. pH larutan buffer tidak berubah (konstan)
setelah penambahan sejumlah asam, basa, maupun air. Larutan buffer mampu
menetralkan penambahan asam maupun basa dari luar.
Larutan buffer merupakan
campuran dari asam lemah dan basa konyugasinya maupun basa lemah dan asam
konyugasinya. Sebagai contoh, campuran dari larutan CH3COOH (asam lemah) dan
larutan CH3COONa (basa konyugasi) membentuk larutan buffer asam. Sedangkan
salah satu contoh buffer basa yang sering digunakan di laboratorium adalah
campuran dari larutan NH3 (basa lemah) dan NH4Cl (asam konyugasi).
Mekanisme kerja larutan
buffer adalah menetralkan asam maupun basa dari luar. Masing-masing komponen
dalam larutan buffer mampu menetralkan asam maupun basa dari luar. Dalam
larutan buffer asam (sebagai contoh : CH3COOH/CH3COONa), terjadi kesetimbangan
sebagai berikut :
CH3COOH(aq) + H2O(l)
<——> CH3COO–(aq) + H3O+(aq)
Komponen asam lemah dan basa
konyugasi dalam larutan buffer asam membentuk sistem kesetimbangan asam lemah.
Saat sejumlah larutan asam ditambahkan dari luar, komponen CH3COO– bekerja untuk menetralkan ion H+ larutan asam. Akibatnya, kesetimbangan
bergeser ke arah kiri. Jumlah ion CH3COO– akan berkurang dan sebaliknya, jumlah
molekul CH3COOH akan meningkat.
CH3COO–(aq) + H+(aq)
→ CH3COOH(aq)
Di sisi lain, saat sejumlah
larutan basa ditambahkan dari luar, komponen CH3COOH bekerja untuk menetralkan
ion OH– larutan basa.
Akibatnya, kesetimbangan asam lemah bergeser ke arah kanan. Jumlah molekul
CH3COOH akan berkurang dan sebaliknya jumlah ion CH3COO– akan meningkat.
CH3COOH(aq) + OH–(aq)
→ CH3COO–(aq) +
H2O(l)
Dalam larutan buffer basa
(sebagai contoh : NH3/NH4Cl), terjadi kesetimbangan sebagai berikut :
NH3(aq) + H2O(l) <——>
NH4+(aq) + OH–(aq)
Komponen basa lemah dan asam
konyugasi dalam larutan buffer basa membentuk sistem kesetimbangan basa lemah.
Saat sejumlah larutan asam ditambahkan dari luar, komponen NH3 bekerja untuk
menetralkan ion H+larutan asam. Akibatnya, kesetimbangan bergeser ke
arah kanan. Jumlah molekul NH3 akan berkurang dan sebaliknya jumlah ion NH4+ akan meningkat.
NH3(aq) + H+(aq) → NH4+(aq)
Di sisi lain, saat sejumlah
larutan basa ditambahkan dari luar, komponen NH4+ bekerja untuk menetralkan ion OH– larutan basa. Akibatnya, kesetimbangan
basa lemah bergeser ke arah kiri. Jumlah ion NH4+ akan berkurang dan sebaliknya jumlah
molekul NH3 akan bertambah.
NH4+(aq) + OH–(aq)
→ NH3(aq) + H2O(l)
Larutan buffer dapat dibuat
dengan berbagai cara. Larutan buffer asam dapat dibuat dengan cara mencampurkan
sejumlah larutan asam lemah dengan larutan basa konyugasinya secara langsung.
Selain itu, larutan buffer asam juga dapat dibuat dengan mencampurkan sejumlah
larutan basa kuat dengan larutan asam lemah berlebih. Setelah reaksi selesai,
campuran dari larutan basa konyugasi yang terbentuk dan sisa larutan asam lemah
membentuk larutan buffer asam.
Dengan cara yang serupa,
larutan buffer basa juga dapat dibuat melalui dua cara. Pertama, mencampurkan
sejumlah larutan basa lemah dengan larutan asam konyugasinya secara langsung.
Atau melalui cara kedua, mencampurkan sejumlah larutan asam kuat dengan larutan
basa lemah berlebih. Setelah reaksi selesai, campuran dari larutan asam
konyugasi yang terbentuk dan sisa larutan basa lemah membentuk larutan buffer
basa.
Larutan buffer berkaitan
dengan sistem kesetimbangan asam-basa lemah. Dengan demikian, persamaan
matematis untuk menentukan pH larutan penyangga dapat diturunkan melalui
persamaan reaksi kesetimbangan asam-basa lemah. Persamaan untuk menghitung pH
larutan buffer asam dapat dipelajari melalui contoh berikut :
CH3COOH(aq) + H2O(l)
<——> CH3COO–(aq) + H3O+(aq)
Ka = {[H3O+][CH3COO–]}
/ [CH3COOH]
[H3O+] = Ka
{[CH3COOH]} / [CH3COO–]}
Secara umum :
[H3O+] = Ka {[Asam
Lemah] / [Basa Konyugasi]}
[H3O+] = Ka {mol
Asam Lemah / mol Basa Konyugasi}
Sebaliknya, persamaan untuk
menghitung pH larutan buffer basa dapat dipelajari melalui contoh di bawah ini
:
NH3(aq) + H2O(l) <——>
NH4+(aq) + OH–(aq)
Kb = {[OH–][NH4+]}
/ [NH3]
[OH–] = Kb {[NH3]
/ [NH4+]}
Secara umum :
[OH–] = Kb {[Basa
Lemah] / [Asam Konyugasi]}
[OH–] = Kb {mol
Basa Lemah / mol Asam Konyugasi}
Berikut ini adalah beberapa
contoh beserta penyelesaian soal-soal yang berkaitan dengan larutan penyangga
yang baru saja kita pelajarai bersama :
1. Berapakah pH larutan
penyangga yang terbuat dari campuran larutan CH3COOH 0,2 M sebanyak 100 mL
dengan larutan CH3COONa 0,2 M sebanyak 100 mL? (Ka CH3COOH = 1 . 10-5)
Penyelesaian :
Saat 100 mL larutan CH3COOH
0,2 M dicampurkan dengan 100 mL larutan CH3COONa 0,2 M, terjadi peristiwa
pengenceran larutan.
Konsentrasi larutan CH3COOH
setelah diencerkan :
V1 M1 = V2 M2
100 . 0,2 = 200 . M2
M2 = 0,1 M
Konsentrasi larutan CH3COONa
setelah diencerkan :
V1 M1 = V2 M2
100 . 0,2 = 200 . M2
M2 = 0,1 M
Dengan demikian, pH larutan
buffer tersebut menjadi :
[H3O+] = Ka {[Asam
Lemah] / [Basa Konyugasi]}
[H3O+] = 1 . 10-5 {0,1 /0,1}
[H3O+] = 1 . 10-5
pH = 5 – log 1
2. Larutan buffer yang
tersusun atas larutan NH4OH 0,05 M dengan larutan NH4Cl 0,1 M memiliki pH
sebesar 9. Berapakah perbandingan volume larutan basa lemah terhadap larutan
asam konyugasinya? (Kb NH4OH = 10-5 )
Penyelesaian :
Persamaan untuk menghitung pH
larutan buffer basa adalah sebagai berikut :
[OH–] = Kb
{[NH4OH] / [NH4+]}
[OH–] = Kb {mol NH4OH
/ mol NH4+}
[OH–] = Kb {Vbasa
. Mbasa / Vasam konyugasi . Masam konyugasi}
pH = 9, berarti pOH = 14 – pH
= 14 – 9 = 5
Sehingga : [OH-] = 10-5 M
Dengan demikian : 10-5 = 10-5 {Vbasa . 0,05 / Vasam konyugasi
. 0,1}
Vbasa / Vasam konyugasi = 0,1
/ 0,05 = 2/1
Jadi, perbandingan volume
larutan basa lemah terhadap larutan asam konyugasinya adalah 2 : 1
3. Berapakah pH campuran yang
terbentuk saat larutan amonia 0,1 M sebanyak 300 mL dicampurkan dengan 100 mL
larutan asam klorida 0,1 M? (Kb amonia = 10-5 dan log 2 = 0,3)
Penyelesaian :
Reaksi yang terjadi adalah
reaksi netralisasi (asam + basa →
garam + air)
NH3 + HCl → NH4Cl
Mol NH3 yang disediakan = V.M
= 300.0,1 = 30 mmol
Mol HCl yang disediakan = V.M
= 100.0,1 = 10 mmol
Perbandingan stoikiometri NH3
: HCl = 1 : 1
Dengan demikian, sebanyak 10
mmol NH3 tepat bereaksi dengan 10 mmol HCl dan menghasilkan 10 mmol NH4Cl.Pada
akhir reaksi, masih tersisa 20 mmol NH3 dan 10 mmol NH4Cl. Campuran tersebut
membentuk sistem buffer basa.
Jadi, perhitungan pH larutan
buffer basa di atas dapat menggunakan persamaan berikut :
[OH–] = Kb {mol
basa lemah / mol asam konyugasi}
[OH–] = 10-5 {20/10}
[OH–] = 2 . 10-5 M
pOH = – log [OH–]
= 5 – log 2
pH = 14 – pOH = 14 – (5 – log
2) = 9 + log 2 = 9 + 0,3 = 9,3
4. Berapakah volume larutan
NaOH 0,1 M yang diperlukan ditambahkan ke dalam 40 mL larutan asam asetat 0,1 M
(Ka = 1.10-5) agar diperoleh larutan penyangga dengan pH = 5?
Penyelesaian :
Reaksi kimia yang terjadi
adalah sebagai berikut :
CH3COOH + NaOH → CH3COONa + H2O
Mol CH3COOH yang disediakan =
V.M = 40.0,1 = 4 mmol
Mol NaOH yang disediakan = x
mmol
Perbandingan stoikiometri
CH3COOH : NaOH = 1 : 1
Agar membentuk larutan
penyangga, seluruh mol NaOH harus tepat habis bereaksi. Dengan demikian, sebanyak
x mmol NaOH memerlukan x mmol CH3COOH. Pada akhir reaksi, masih tersisa (4 – x)
mmol CH3COOH dan terbentuk x mmol CH3COONa.
Persamaan yang digunakan
adalah sebagai berikut :
[H3O+] = Ka {mol
asam lemah / mol basa konyugasi}
pH = 5, berarti [H3O+]
= 10-5 M
10-5 = 10-5 {4 – x / x}
4 – x = x
x = 2 mmol
Mol NaOH yang dibutuhkan
sebanyak 2 mmol.
Dengan demikian, volume
larutan NaOH 0,1 M yang dibutuhkan adalah sebanyak 2/0,1 = 20 Ml
Hidrolisis
Garam
Dalam tulisan ini, kita akan
membahas pengertian garam, reaksi pembentukan garam, reaksi penguraian ion-ion
garam oleh air, serta perhitungan pH larutan garam.
Garam adalah senyawa yang
dihasilkan dari reaksi netralisasi antara larutan asam dan larutan basa. Larutan garam yang
terbentuk memiliki sifat yang bervariasi, tergantung pada sifat asam dan sifat
basa penyusun garam. Secara
umum :
Asam + Basa → Garam + Air
Berikut ini adalah beberapa
contoh reaksi pembentukan garam(dikenal
pula dengan istilah reaksi penggaraman atau reaksi netralisasi)
:
HCl(aq) + NaOH(aq) → NaCl(aq) + H2O(l)
H2SO4(aq) + 2 NH4OH(aq) → (NH4)2SO4(aq) + 2 H2O(l)
2 HCN(aq) + Ba(OH)2(aq) → Ba(CN)2(aq) + 2 H2O(l)
H2CO3(aq) + Mg(OH)2(aq) → MgCO3(s) +
2 H2O(l)
Reaksi kebalikan dari reaksi penggaraman dikenal dengan istilah reaksi hidrolisis.
Reaksi hidrolisis adalah reaksi salah satu ion atau
kedua ion larutan garam dengan air. Reaksi salah satu atau kedua ion larutan
garam dengan air menyebabkan perubahan konsentrasi ion H+maupun ion
OH– dalam larutan.
Akibatnya, larutan garam dapat bersifat asam, basa, maupun netral.
Sebagaimana yang telah kita
pelajari sebelumnya, kita mengenal dua jenis asam, yaitu asam kuat dan asam
lemah. Demikian halnya dengan basa, kita mengenal istilah basa kuat dan basa
lemah (lihat : Kimia Asam Basa).
Dengan demikian, terdapat empat variasi reaksi antara asam dan basa membentuk
garam, yaitu :
1. Reaksi antara asam kuat
dengan basa kuat
Contoh : HBr(aq) + KOH(aq) → KBr(aq) + H2O(l)
Garam yang terbentuk
mengalami ionisasi sempurna dalam air
KBr(aq) → K+(aq) + Br–(aq)
Baik kation maupun anion,
hanya terhidrasi oleh air, tidak mengalami reaksi dengan air. Dengan demikian, garam tersebut tidak
terhidrolisisdalam air. Akibatnya, konsentrasi ion H+ tidak berubah terhadap
konsentrasi ion OH–. Larutan garam bersifat netral.
Larutan garam tersebut memiliki pH = 7.
2. Reaksi antara asam kuat
dengan basa lemah
Contoh : HNO3(aq) + NH4OH(aq) → NH4NO3(aq) + H2O(l)
Garam yang terbentuk mengalami
ionisasi sempurna dalam air
NH4NO3(aq) → NH4+(aq) + NO3–(aq)
Anion tidak mengalami
hidrolisis dengan air, sebab anion berasal dari spesi asam kuat. Namun
sebaliknya, kation yang berasal dari spesi basa lemah mengalami hidrolisis. Reaksi yang terjadi adalah sebagai
berikut :
NH4+(aq) + H2O(l) <——> NH4OH(aq) + H+(aq)
Hidrolisis kation yang
berasal dari basa lemah menghasilkan ion H+. Akibatnya, konsentrasi
ion H+ menjadi lebih
tinggi dibandingkan konsentrasi ion OH–. Dengan demikian, larutan garam
tersebut mengalami hidrolisis sebagian (parsial).
Larutan garam tersebut bersifat asam dan memiliki pH
< 7.
3. Reaksi antara asam lemah
dengan basa kuat
Contoh : HCN(aq) + NaOH(aq) → NaCN(aq) + H2O(l)
Garam yang terbentuk
mengalami ionisasi sempurna dalam air
NaCN(aq) → Na+(aq) + CN–(aq)
Kation tidak mengalami
hidrolisis dengan air, sebab kation berasal dari spesi basa kuat. Namun
sebaliknya, anion yang berasal dari spesi asam lemah mengalami hidrolisis. Reaksi yang terjadi adalah sebagai berikut
:
CN–(aq) + H2O(l) <——> HCN(aq) + OH–(aq)
Hidrolisis anion yang berasal
dari asam lemah menghasilkan ion OH–. Akibatnya, konsentrasi ion OH– menjadi lebih tinggi
dibandingkan konsentrasi ion H+. Dengan demikian, larutan garam
tersebut mengalami hidrolisis sebagian (parsial).
Larutan garam tersebut bersifat basa dan memiliki pH
> 7.
4. Reaksi antara asam lemah
dengan basa lemah
Contoh : HF(aq) + NH4OH(aq) → NH4F(aq) + H2O(l)
Garam yang terbentuk
mengalami ionisasi sempurna dalam air
NH4F(aq) → NH4+(aq) + F–(aq)
Baik kation maupun anion,
sama-sama mengalami hidrolisis, sebab keduanya berasal dari spesi lemah. Reaksi yang terjadi adalah sebagai
berikut :
NH4+(aq) + H2O(l) <——> NH4OH(aq) + H+(aq)
F–(aq) + H2O(l) <——> HF(aq) + OH–(aq)
Ternyata, hidrolisis kedua
ion tersebut menghasilkan ion H+ maupun
ion OH–. Dengan demikian, larutan garam tersebut mengalamihidrolisis total (sempurna).
Sifat larutan yang dihasilkan bergantung pada perbandingan kekuatan asam lemah
(Ka) terhadap kekuatan basa lemah (Kb).
Ada tiga kemungkinan
perbandingan nilai Ka terhadap
Kb :
a. Ka > Kb : sifat asam lebih mendominasi; larutan
garam bersifatasam; pH
larutan garam kurang dari 7
b. Ka = Kb : sifat asam maupun basa sama-sama
mendominasi; larutan garam bersifat netral; pH
larutan garam sama dengan 7
c. Ka < Kb : sifat basa lebih mendominasi; larutan
garam bersifatbasa; pH
larutan garam lebih dari 7
Persamaan yang dapat
digunakan untuk menghitung pH larutan masing-masing larutan garam adalah
sebagai berikut :
1. Larutan garam yang
terbentuk dari asam kuat dan basa kuat
pH = 7
2. Larutan garam yang
terbentuk dari asam kuat dan basa lemah
[H+] =
{(Kw/Kb)([ion yang terhidrolisis])}1/2
3. Larutan garam yang
terbentuk dari asam lemah dan basa kuat
[OH–]
= {(Kw /Ka)([ion
yang terhidrolisis])}1/2
4. Larutan garam yang
terbentuk dari asam lemah dan basa lemah
[H+] =
{Kw (Ka / Kb)}1/2
Berikut ini adalah beberapa
contoh beserta penyelesaian soal-soal yang berkaitan dengan hidrolisis
garam yang baru
saja kita pelajarai bersama :
1. Berapakah pH larutan dari
100 mL larutan natrium sianida 0,01 M? (Ka HCN = 10-10)
Penyelesaian :
Larutan natrium sianida
terbentuk dari campuran basa kuat (NaOH) dengan asam lemah (HCN). Dengan
demikian, larutan garam tersebut mengalami hidrolisis parsial dan bersifat
basa.
NaCN(aq) → Na+(aq) + CN–(aq)
Ion yang terhidrolisis adalah
ion CN–. Konsentrasi ion CN– adalah 0,01 M. Dengan demikian,
pH larutan garam dapat diperoleh melalui persamaan berikut :
[OH–]
= {(Kw /Ka)([ion
yang terhidrolisis])}1/2
[OH–]
= {(10-14 / 10-10)(0,01)}1/2
[OH–]
= 10-3 M
Dengan demikian, pOH larutan
adalah 3. Jadi, pH larutan garam tersebut adalah 11.
2. Berapakah pH larutan dari
200 mL larutan barium asetat 0,1 M? (KaCH3COOH = 2.10-5)
Penyelesaian :
Larutan barium asetat
terbentuk dari campuran basa kuat (Ba(OH)2) dengan asam lemah (CH3COOH).
Dengan demikian, larutan garam tersebut mengalami hidrolisis parsial dan
bersifat basa.
Ba(CH3COO)2(aq) → Ba+2(aq) + 2 CH3COO–(aq)
Ion yang terhidrolisis adalah
ion CH3COO–. Konsentrasi ion CH3COO–adalah
0,2 M. Dengan demikian, pH larutan garam dapat diperoleh melalui persamaan
berikut :
[OH–]
= {(Kw /Ka)([ion
yang terhidrolisis])}1/2
[OH–]
= {(10-14 / 2.10-5)(0,2)}1/2
[OH–]
= 10-5 M
Dengan demikian, pOH larutan
adalah 5. Jadi, pH larutan garam tersebut adalah 9.
3. Hitunglah pH larutan NH4Cl
0,42 M! (Kb NH4OH
= 1,8.10-5)
Penyelesaian :
Larutan amonium klorida
terbentuk dari campuran basa lemah (NH4OH) dengan asam kuat (HCl).
Dengan demikian, larutan garam tersebut mengalami hidrolisis parsial dan
bersifat asam.
NH4Cl(aq) → NH4+(aq) + Cl–(aq)
Ion yang terhidrolisis adalah
ion NH4+. Konsentrasi ion NH4+ adalah 0,42 M. Dengan demikian, pH
larutan garam dapat diperoleh melalui persamaan berikut :
[H+] =
{(Kw /Kb)([ion
yang terhidrolisis])}1/2[H+] = {(10-14 / 1,8.10-5)(0,42)}1/2[H+]
= 1,53.10-5 M
Dengan demikian, pH larutan
garam tersebut adalah 4,82.
4. Hitunglah pH larutan NH4CN
2,00 M! (Ka HCN =
4,9.10-10 dan KbNH4OH
= 1,8.10-5)
Penyelesaian :
Larutan amonium sianida
terbentuk dari campuran basa lemah (NH4OH) dengan asam lemah (HCN).
Dengan demikian, larutan garam tersebut mengalami hidrolisis total.
NH4Cl(aq) → NH4+(aq) + CN–(aq)
Ion yang terhidrolisis adalah
ion NH4+ dan
ion CN–. Dengan demikian, pH larutan garam dapat diperoleh melalui
persamaan berikut :
[H+] =
{Kw (Ka/Kb)}1/2
[H+] =
{10-14 (4,9.10-10 / 1,8.10-5)}1/2
[H+] =
5,22.10-10 M
Dengan demikian, pH larutan
garam tersebut adalah 9,28.
5. Berapakah massa garam NaCN
yang harus dilarutkan untuk membentuk 250 mL larutan dengan pH sebesar 10? (Ka HCN = 10-10dan Mr
NaCN = 49)
Penyelesaian :
Larutan natrium sianida
terbentuk dari campuran basa kuat (NaOH) dengan asam lemah (HCN). Dengan
demikian, larutan garam tersebut mengalami hidrolisis parsial dan bersifat
basa.
NaCN(aq) → Na+(aq) + CN–(aq)
pH = 10, berarti pOH = 4
Dengan demikian, [OH–]
= 10-4 M
Perhitungan pH larutan garam
dapat diperoleh melalui persamaan berikut :
[OH–]
= {(Kw/Ka)([ion yang terhidrolisis])}1/2
10-4 = {(10-14 / 10-10)[ion yang
terhidrolisis]}1/2
[ion yang
terhidrolisis] = 10-4 M
Konsentrasi garam NaCN yang
diperlukan sebesar 10-4 M.
Volume larutan sebanyak 250 mL = 0,25 L. Dengan demikian, mol garam NaCN yang
dibutuhkan adalah :
Mol = Volume x Molar
Mol = 0,25 x 10-4 = 2,5 x 10-5 mol
Jadi, massa garam NaCN yang
dibutuhkan sebanyak 2,5 x 10-5 x
49 = 1,225 x 10-3 gram
= 1,225 mg.
Komentar
Posting Komentar