Larutan Penyangga

LARUTAN PENYANGGA

(BUFFER)

A. Pengertian Larutan Penyangga

pH suatu larutan akan turun apabila ditambah asam, hal ini disebabkan meningkatnya konsentrasi H+. Sebaliknya, bila ditambah basa akan menaikkan pH karena penambahan basa meningkatkan konsentrasi OH–. Penambahan air pada larutan asam dan basa akan mengubah pH larutan, karena konsentrasi asam atau basanya akan mengecil. Namun, ada larutan yang bila ditambah sedikit asam, basa, atau air tidak mengubah pH secara berarti. Larutan yang demikian disebut dengan larutan penyangga (disebut juga larutan buffer atau dapar).

Larutan buffer adalah larutan yang terdiri dari asam lemah atau basa lemah dan garamnya, kedua komponen itu harus ada. Larutan ini mampu menahan pH ketika terjadi penambahan sedikit asam atau sedikit basa (Raymond Chang, 2004: 132)

Untuk lebih memahami konsep Larutan Penyangga, silakan lihat video dibawah ini.

B. Komponen larutan penyangga

Yang diperlukan oleh larutan buffer adalah dua komponen; salah satu komponen mampu menetralkan asam, dan komponen lainnya mampu menetralkan basa. Namun, kedua komponen itu tidak boleh saling menetralkan. Persyaratan ini meniadakan campuran asam kuat dan basa kuat. Jadi, larutan buffer biasa dideskripsikan sebgai gabungan dari asam lemah dan basa konjugatnya, atau basa lemah dan asam konjugasinya (Petrucci, Harwood, Herring, 2008: 335)

1. Larutan penyangga yang bersifat asam

Larutan ini mempertahankan pH pada daerah asam (pH < 7). Untuk mendapatkan larutan ini dapat dibuat dari asam lemah dan garamnya yang merupakan basa konjugasi dari asamnya. Adapun cara lainnya yaitu mencampurkan suatu asam lemah dengan suatu basa kuat dimana asam lemahnya dicampurkan dalam jumlah berlebih. Campuran akan menghasilkan garam yang mengandung basa konjugasi dari asam lemah yang bersangkutan. Pada umumnya basa kuat yang digunakan seperti natrium (Na), kalium, barium, kalsium, dan lain-lain. Contoh yang biasa merupakan campuran asam etanoat dan natrium etanoat dalam larutan. Pada kasus ini, jika larutan mengandung konsentrasi molar yang sebanding antara asam dan garam, maka campuran tersebut akan memiliki pH 4.76. Ini bukan suatu masalah dalam hal konsentrasinya, sepanjang keduanya memiliki konsentrasi yang sama.

2. Larutan penyangga yang bersifat basa

Larutan ini mempertahankan pH pada daerah basa (pH > 7). Untuk mendapatkan larutan ini dapat dibuat dari basa lemah dan garam, yang garamnya berasal dari asam kuat. Adapun cara lainnya yaitu dengan mencampurkan suatu basa lemah dengan suatu asam kuat dimana basa lemahnya dicampurkan berlebih. Seringkali yang digunakan sebagai contoh adalah campuran larutan amonia dan larutan amonium klorida. Jika keduanya dalam keadaan perbandingan molar yang sebanding, larutan akan memiliki pH 9.25. Sekali lagi, hal itu bukanlah suatu masalah selama konsentrasi yang anda pilih keduanya sama.

C. Cara kerja dan cara pembuatan larutan penyangga.

Larutan penyangga mengandung komponen asam dan basa dengan asam dan basa konjugasinya, sehingga dapat mengikatbaik ion H+ maupun ion OH-. Sehingga penambahan sedikit asam kuat atau basa kuat tidak mengubah pH-nya secara signifikan.

  1. Campuran asam lemah dengan garamnya (yang berasal dari asam lemah tersebut dan basa kuat), adapun cara kerjanya dapat dilihat pada larutan penyangga yang mengandung CH3COOH dan CH3COO- yang mengalami kesetimbangan. Dengan proses sebagai berikut:
    • Pada penambahan asam

    Penambahan asam (H+) akan menggeser kesetimbangan ke kiri. Dimana ion H+ yang ditambahkan akan bereaksi dengan ion CH3COO- membentuk molekul CH3COOH.

    CH3COO-(aq) + H+(aq) → CH3COOH(aq)

    • Pada penambahan basa

    Jika yang ditambahkan adalah suatu basa, maka ion OH- dari basa itu akan bereaksi dengan ion H+ membentuk air. Hal ini akan menyebabkan kesetimbangan bergeser ke kanan sehingga konsentrasi ion H+ dapat dipertahankan. Jadi, penambahan basa menyebabkan berkurangnya komponen asam (CH3COOH), bukan ion H+. Basa yang ditambahkan tersebut bereaksi dengan asam CH3COOH membentuk ion CH3COO- dan air.

    CH3COOH(aq) + OH-(aq) → CH3COO-(aq) + H2O(l)

  2. Campuran basa lemah dengan garamnya (yang berasal dari asam kuat dan basa lemah tersebut), adapun cara kerjanya dapat dilihat pada larutan penyangga yang mengandung NH3 dan NH4+ yang mengalami kesetimbangan. Dengan proses sebagai berikut:
    • Pada penambahan asam

    Jika ditambahkan suatu asam, maka ion H+ dari asam akan mengikat ion OH-. Hal tersebut menyebabkan kesetimbangan bergeser ke kanan, sehingga konsentrasi ion OH- dapat dipertahankan. Disamping itu penambahan ini menyebabkan berkurangnya komponen basa (NH3), bukannya ion OH-. Asam yang ditambahkan bereaksi dengan basa NH3 membentuk ion NH4+.

    NH3 (aq) + H+(aq) → NH4+ (aq)

    • Pada penambahan basa

    Jika yang ditambahkan adalah suatu basa, maka kesetimbangan bergeser ke kiri, sehingga konsentrasi ion OH- dapat dipertahankan. Basa yang ditambahkan itu bereaksi dengan komponen asam (NH4+), membentuk komponen basa (NH3) dan air.

    NH4+ (aq) + OH-(aq) → NH3 (aq) + H2O(l)

Untuk memahami cara pembuatan larutan penyangga silahkan lihat video dibawah ini:

D. Menghitung pH larutan penyangga

  1. Larutan penyangga asam

Dapat digunakan tetapan ionisasi dalam menentukan konsentrasi ion H+ dalam suatu larutan dengan rumus    berikut:

2. Larutan penyangga basa

Dapat digunakan tetapan ionisasi dalam menentukan konsentrasi ion H+ dalam suatu larutan dengan rumus berikut:

E. Fungsi larutan penyangga

Dalam organisme terdapat berbagai macam cairan, seperti sel, darah, dan kelenjar. Cairan ini berfungsi sebagai pengangkut zat makanan dan pelarut reaksi kimia didalamnya. Tiap reaksi dipercepat oleh enzim tertentu, dan tiap enzim bekerja efektif pada pH tertentu (pH optimum). Oleh sebab itu, cairan dalam organisme mengandung sistem buffer untuk mempertahankan pH-nya. Sistem buffernya berupa asam lemah dengan basa konjugasinya.

1.Pengontrol pH Darah

Darah manusia dalam keadaan normal mempunyai pH = 7,35 – 7,45, yang dipertahankan oleh tiga sistem buffer, yaitu buffer karbonat, hemoglabin, dan oksihemoglobin, sedangkan dalam sel terdapat buffer fosfat (Syukri S, 1999: 422-423)

a. Buffer karbonat, yaitu pasangan asam karbonat (H2CO3) dengan basa konjugasi bikarbonat (HCO3–):

Buffer karbonat yaitu pasangan asam karbonat (H2CO3) dengan basa konjugasi bikarbonat (HCO3–):

H+(aq) + HCO3–(aq) ⇄ H2CO3(aq) ⇄ H2O(aq) + CO2(aq)

Penyangga karbonat sangat berperan penting dalam mengontrol pH darah. Pelari maraton dapat mengalami kondisi asidosis, yaitu penurunan pH darah yang disebabkan oleh metabolisme yang tinggi sehingga meningkatkan produksi ion bikarbonat. Kondisi asidosis ini dapat mengakibatkan penyakit jantung, ginjal, diabetes miletus (penyakit gula) dan diare.

Orang yang mendaki gunung tanpa oksigen tambahan dapat menderita alkalosis, yaitu peningkatan pH darah. Kadar oksigen yang sedikit di gunung dapat membuat para pendaki bernafas lebih cepat, sehingga gas karbondioksida yang dilepas terlalu banyak, padahal CO2 dapat larut dalam air menghasilkan H2CO3. Hal ini mengakibatkan pH darah akan naik. Kondisi alkalosis dapat mengakibatkan hiperventilasi (bernafas terlalu berlebihan, kadang-kadang karena cemas dan histeris).

b. Buffer Hemoglobin

Oksigen merupakan zat utama yang diperlukan oleh sel tubuh yang didapatkan melalui pernapasan. Oksigen diikat oleh hemoglobin di dalam darah, di mana O2 sangat sensitif terhadap pH. Reaksi kesetimbangan yang terjadi dapat dituliskan sebagai berikut.

HHb+ + O2 ⇄ H+ + HbO2

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.

Produk buangan dari tubuh adalah CO2– yang di dalam tubuh bisa membentuk senyawa H 2CO3 yang nantinya akan terurai menjadi H+ dan HCO3–. Penambahan H+ dalam tubuh akan mempengaruhi pH, tetapi hemoglobin yang telah melepaskan O2 dapat mengikat H+ membentuk asam hemoglobin (HHb+).

c. Buffer fosfat

Penyangga fosfat merupakan penyangga yang berada di dalam sel. Penyangga ini adalah campuran dari asam lemah H2PO4– dan basa konjugasinya, yaitu HPO42-. Jika dari proses metabolisme sel dihasilkan banyak zat yang bersifat asam, maka akan segera bereaksi dengan ion HPO42-

HPO42-(aq) + H+(aq) ⇄ H2PO4–(aq)

Jika diberi OH–, kesetimbangan bergeser kekiri, karena OH– diikat H+ menjadi H2O. Sebaliknya, jika ditambah OH– kesetimbangan bergeser kekanan sehingga [H+] relatif tetap (Syukri S, 1999: 423)

H2PO4–(aq) + OH–(aq) ⇄ HPO42-(aq) + H2O(l)

Sehingga perbandingan [H2PO4– ] / [HPO42-] selalu tetap dan akibatnya pH larutan tetap.Penyangga ini juga ada di luar sel, tetapi jumlahnya sedikit. Selain itu, penyangga fosfat juga berperan sebagai penyangga urin. Apabila mekanisme pengaturan pH dalam tubuh gagal, seperti dapat terjadi selama sakit, sehingga pH darah turun di bawah 7,0 atau naik ke atas 7,8, dapat menyebabkan kerusakan permanen pada organ tubuh atau bahkan kematian

2. Obat tetes mata.

Adapun kandungan dari OTM atau obat tetes mata adalah Cendoxytrol, digunakan pada mata merah yang berkaitan dengan alergi. Karakteristik yang penting pada obat tetes mata yaitu buffer (larutan penyangga) atau pH. Idealnya sediaan optalmik harus diformulasikan pada pH yang ekuivalen dengan pH cairan air mata yaitu 7,4. Pada kenyataannya, hal ini jarang digunakan. Mayoritas bahan aktif digunakan dalam pengobatan mat adalah garam-garam dari basa lemah dan hampir stabil pada pH asam.Beberapa suspensi biasanya lebih stabil pada pH asam. pH adjustmen umumnya memerlukan persetujuan formulator. pH yang dipilih harus optimum untuk stabilitas. Sistem buffer dipilih harus membunya kapasitas memadai untuk menjaga pH dalam rentang stabilitas selama durasi produk. Namun ada sebagian obat tetes mata yang mengandung steroid. Steroid adalah salah satu kandungan berbahaya yang apabila digunakan pada mata. Meski tetes mata yang memiliki steroid lebih cepat sembuh, tapi steroid sendiri memiliki efek samping yaitu katarak dan glukoma. Penyakit glukoma merupakan salah satu penyakit mata yang dapat menyebabkan kebutaan. Hal ini disebabkan karena saluran cairan yang keluar dari bola mata terhambat, sehingga bola mata akan membesar dan menekan saraf mata yang berada di belakang bola mata. Alhasil, saraf mata tidak mendapatkan aliran darah sehingga saraf mata akan mati. Selain itu, obat tetes mata yang mengandung kortikosteroid ini dapat juga menyebabkan kulit kelopak mata menjadi atropi, tukak lambung, insomnia, ptosis, kerusakan kornea, retardasi mental, jerawat, hipertensi, dan pikosis.

3. Menjaga pH makanan olahan dalam kaleng agar tidak mudah rusak /teroksidasi

 

4. Kemampuan asam sitrat untuk mengkelat logam menjadikannya berguna sebagai bahan sabun dan deterjen

Sitrat sangat baik digunakan dalam larutan penyangga untuk mengendalikan pH larutan. Ion sitrat dapat bereaksi dengan banyak ion logam membentuk garam sitrat. Selain itu, sitrat dapat mengikat ion-ion logam dengan pengkelatan, sehingga digunakan sebagai pengawet dan penghilang kesadahan air. Pada temperatur kamar, asam sitrat berbentuk serbuk kristal berwarna putih. Serbuk Kristal tersebut dapat berupa bentuk anhydrous (bebas air), atau bentuk monohidrat yang mengandung satu molekul air untuk setiap molekul asam sitrat. Bentuk anhydrous asam sitrat mengkristal dalam air panas, sedangkan bentuk monohidrat didapatkan dari kristalisasi asam sitrat dalam air dingin. Bentuk monohidrat tersebut dapat diubah menjadi bentuk anhydrous dengan pemanasan di atas 74 °C.

5. Larutan Penyangga Pada bidang Farmasi

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.

Adanya larutan penyangga ini dapat kita lihat dalam kehidupan sehari-hari seperti pada obat-obatan, fotografi, industri kulit dan zat warna. Selain aplikasi tersebut, terdapat fungsi penerapan konsep larutan penyangga ini dalam tubuh manusia seperti pada cairan tubuh. Cairan tubuh ini bisa dalam cairan intrasel maupun cairan ekstrasel. Dimana sistem penyangga utama dalam cairan intraselnya seperti H2PO4- dan HPO42- yang dapat bereaksi dengan suatu asam dan basa. Adapun sistem penyangga tersebut, dapat menjaga pH darah yang hampir konstan yaitu sekitar 7,4. Selain itu penerapan larutan penyangga ini dapat kita temui dalam kehidupan sehari-hari seperti pada obat tetes mata.

Dalam bidang farmasi (obat-obatan) banyak zat aktif yang harus berada dalam keadaan pH stabil. Perubahan pH akan menyebabkan khasiat zat aktif tersebut berkurang atau hilang sama sekali. Untuk obat suntik atau obat tetes mata, pH obat-obatan tersebut harus disesuaikan dengan pH cairan tubuh. pH untuk obat tetes mata harus disesuaikan dengan pH air mata agar tidak menimbulkan iritasi yang mengakibatkan rasa perih pada mata. Begitu juga obat suntik harus disesuaikan dengan pH darah agar tidak menimbulkan alkalosis atau asidosis pada darah.

Soal dan Pembahasan Larutan Penyangga

Soal:

  1. Apa yang dimaksud dengan larutan penyangga dan berikan contoh?
  2. Periksa apakah campuran dibawah ini bersifat penyangga atau tidak. Jika ya, tuliskan komponen penyangganya:a) NH4OH + NH4CI.      b) NaOH + HCI.      c) CH3COOH + CH3COOK.    d) H2SO4 + NaOH
  3. Hitung pH dari 200 ml larutan CH3COOH 0,25 M dengan 100 ml CH3COOK 0,25 M. (Ka = 10-5):     a)NH4OH + NH4CI.      b) NaOH + HCI.       c)    CH3COOH + CH3COOK.       d) H2SO4 + NaOH
  4. Massa CH3COONa (Mr = 82 ) yang harus ditambahkan kedalam 100 ml larutan CH3COOH 0.1 M (Ka = 1 x 10-5) untuk memperoleh pH 5 adalah … gram.
  5. Tentukan pH larutan apabila 400 ml larutan NH4OH 0,5 M dicampur dengan 100 mL larutan NH4Cl 0,5 M (Kb NH4OH  = 1,8 x 10-5)
  6. Sebanyak 100 ML NH4OH 0,1 M direaksikan dengan 50 mL HCI 0,1 M, tentukan pH setelah dicampurkan (Kb = 2 x 10-5)
  7. Mengapa larutan penyangga penting dalam tubuh?
  8. Sebutkan 2 contoh larutan penyangga yang berperan mempertahankan pH dalam tubuh makhluk hidup!
  9. Sebutkan akibat dari keadaan asidosis (penurunan pH dalam darah) dan keadaan alkalosis (peningkatan pH dalam darah)!
  10. Apakah fungsi larutan penyangga fosfat dalam air liur manusia?

Jawaban soal download Disini

Download RPP Larutan Penyangga

Daftar Pustaka

Chang, Raymond. 2004. Kimia Dasar Konsep-Konsep Inti Edisi Ketiga Jilid 2. Jakarta: Erlangga. 2004

Petrucci, Harwood, Herring. 2008. Kimia Dasar Prinsip-prisip dan Aplikasi Modern Edisi kesembilan Jilid 2. Jakarta: Erlangga.

S, Syukri. 1999. Kimia Dasar 2. Bandung: ITB