Buffer atau disebut juga sebagai larutan penyangga adalah larutan yang dapat mempertahankan pH sutau larutan. Buffer dibuat dari asam lemah dengan garam dari basa konjugasinya atau basa lemah dengan garam dari asam konjugasinya. Untuk menghitung pH larutan buffer maka kita bisa menggunakan persamaan handerson-haselbach. Apabila larutan buffer tersebut ditambahkan asam atau basa, maka secara stoikiometri kita harus menghitung berapa konsentrasi masing-masing spesies setelah bereaksi. Perhatikan contoh berikut ini.

Contoh Soal-Belajar Kimia

Larutan buffer dengan volume 2.10 L mengandung 0.11 mol asam propionat ( CH3CH2COOH ) dan 0.10 mol natrium propionat ( CH3CH2COONa ), jika Ka asam propionat adlah 1.3×10^-5 maka:

1. Hitung pH larutan buffer tersebut
2. Tentukan pH larutan buffer tersebut setelah ditambahkan 0.04 mol NaOH
3. Tentukan pH larutan buffer tersebut setelah ditambahkan 0.02 mol HI

Penyelesaian-Belajar Kimia

Gunakan persamaan handerson-haselbach untuk menghitung pH buffer/larutan penyangga

Konsentrasi asam propionat dan natrium propionat dihitung sebagai berikut

[CH3CH2COOH] = 0.11 mol / 2.10 L = 0.052 M
[CH3CH2COONa] = 0.10 mol / 2.10 L = 0.047 M
pKa = - log Ka = -log 1.3×10^-5 = 4.89

dengan mengganti nilai  yang diperoleh pada persamaan handerson-haselbach diatas diperoleh

pH = 4.89 + log ( 0.047/ 0.052 )
pH = 4.85

Sebanyak 0.04 mol NaOH ditambahkan ke dalam larutan buffer tersebut, maka NaOH ini akan bereaksi dengan spesies asam yang terdapat di dalam buffer tersebut yaitu asam propionat ( NaOH adalah basa dan asam propionat adalah asam sehingga kedua spesies ini akan bereaksi ), reaksi penetralannya di tulis sebagai:

[CH3CH2COOH] setelah reaksi = 0.07 mol / 2.10 L = 0.033 M
[CH3CH2COONa] = 0.14 mol / 2.10 L = 0.066 M

dan pH buffer setelah penambahan 0.04 NaOH

pH = 4.89 + log ( 0.066 / 0.033 )
pH = 5.19

Apa yang terjadi bila larutan tersebut ditambahkan 0.02 mol HI ? Di dalam buffer terdapat spesies CH3CH2COOH dan CH3CH2COONa, lalu dengan siapakah asam iodida (HI) ini akan bereaksi? Ingat HI adalah asam kuat sehingga akan terionisasi menjadi ion H⁺ dan I^-, ion H⁺ akan bereaksi dengan anion CH3CH2COO^- (dari CH3CH2COONa) membentuk CH3CH2COOH. Asam propionat adalah asam lemah sehingga dia lebih suka dalam bentuk tak terionisasi ( CH3CH2COOH ) dibandingkan bentuk terionisasinya ( CH3CH2COO^- dan H⁺ ).

Konsentrasi masing-masing spesies setelah bereaksi dihitung sebagai:

[CH3CH2COONa] = 0.08 mol / 2.10 L = 0.038 M
[CH3CH2COOH] = ( mol mula-mula + mol hasil reaksi ) / volume
[CH3CH2COOH] = (0.11+0.02) / 2.10 = 0.062 M

pH = 4.89 + log ( 0.038 / 0.062 )
pH = 4.68

Misalkan saja kita punya larutan Barium Iodida (BaI₂) sebanyak 1 L di dalam beaker glass. Larutan tersebut kemudian kita tambahkan setetes demi setetes larutan MgSO₄ (Magnesium sulfat). Pada awal penambahan larutan magnesium sulfat, endapan BaSO₄ belumlah terbentuk. Pada keadaan seperti ini kondisi larutan dikatakan “belum jenuh” akan tetapi dengan berlangsungnya penambahan larutan magnesium sulfat yang semakin banyak maka larutan mulai menuju pada keadaan yang disebut sebagai “tepat jenuh”. Pada kondisi seperti ini konsentrasi BaSO₄ di dalam larutan adalah maksimum, dimana apabila ditambahkan larutan magnesium sulfat sedikit saja maka endapan BaSO₄ akan mulai terbentuk dan mengendap di dasar beaker glass. Kondisi yang demikian disebut sebagai larutan lewat jenuh. Jadi urutan terbentuknya endapan adalah melalui proses sebagai berikut: larutan belum jenuh - larutan tepat jenuh (larutan jenuh) - larutan lewat jenuh.

Perhatikan contoh berikut:

Berapa gram MgSO₄ yang dapat ditambahkan pada 13,0 mL BaI₂ 3.70 x 10^-2 M agar di dapat kondisi BaSO₄ tepat akan mengendap? (Ksp BaSO₄ 1.1 x 10^-10 )

Perlu di ingat bahwa kondisi larutan yang tepat akan mengendap adalah larutan pada keadaan tepat jenuh. Reaksi pengendapan BaSO₄ adalah sebagai berikut

Ba²⁺ + SO₄^-2 -> BaSO₄

Ksp BaSO₄ didefinisikan sebagai,

Ksp = [Ba²⁺][SO₄^-2]

Konsentrasi Ba²⁺ sudah dikethaui sebesar 3.70 x 10^-2 M, dengan mensubstitusi nilai tersebut ke persamaan Ksp diatas diperoleh,

1.1 x 10^-10 = (3.70 x 10^-2 M) x [SO₄^-2]
[SO₄^-2] =2.97 x 10^-9 M

Jadi konsentrasi ion sulfat yang dibutuhkan untuk mencapai keadaan tepat jenuh adalah 2.97 x 10^-9 M, yang dapat diartikan diperlukan 2.97 x 10^-9 mol sulfat untuk tiap liternya. Padahal larutan yang kita miliki adalah sebanyak 13 mL. Oleh sebab itu mol sulfat yang diperlukan untuk 13 mL adalah

mol sulfat = 13/1000 x 2.97 x 10^-9
mol sulfat = 3.861 x 10^-11

Reaksi ionisasi MgSO4 adalah :

MgSO₄ -> SO₄^-2 + Mg²⁺

dari reaksi diatas dapat dilihat bahwa perbandingan mol MgSO₄ : SO₄^-2 = 1 : 1 , sehingga mol MgSO₄ adalah juga 3.861 x 10^-11. Untuk merubah menjadi gram tinggal dikalikan dengan massa molarnya saja.

mass MgSO₄ = mol x Mr = 3.861 x 10^-11 x 120.415 g/mol
mass MgSO₄ = 4.65^-9 gram

Masih bingung untuk menentukan apakah terbentuk endapan atau tidak dari pencampuran dua buah larutan? Sebenarnya cara penentuannya sangatlah sederhana. Kamu tinggal membandingkan nilai Ksp dengan nilai Qsp nya saja, Qc dicari dengan cara menggunakan rumus yang sama pada waktu kita mencari Ksp akan tetapi konsentrasi spesies yang terlibat dicari terlebih dahulu setelah terjadi pencampuran, sehingga volumenya sekarang yang dipakai adalah volume total. Agar lebih jelas perhatikan contoh berikut:

Apakah akan terjadi pengendapan apabila larutan 1,00 L FeCl₂ 0.175 M dicampur dengan 2,00 L NaOH 0.0503 M?(diketahui Ksp Fe(OH)₂ adalah 8.0 x 10^-16)

Endapan yang terbentuk dari pencampuran larutan FeCl₂ dengan NaOH adalah Fe(OH)l₂. Untuk menghitung nilai Qc maka kita harus menghitung konsentrasi spesies yang terlibat dalam pembentukan endapan yaitu Fe²⁺ dan OH^- setelah kedua larutan di campurkan.

mol Fe²⁺ = 1.00 x 0.175 = 0.175 mol
mol NaOH = 2.00 x 0.0503 = 0.1006
total volume = 3.00 L
konsentrasi Fe²⁺ = 0.175 / 3 = 0.0583 M
konsentrasi OH^- = 0.1006 / 3 = 0.0335 M

Ksp = [Fe²⁺][OH-]³ = 8.0 x 10^-16

Qsp = [Fe²⁺][OH-]³
Qsp = (0.0583) x (0.0335)³
Qsp= 2.20 x 10^-6

Dari perhitungan diatas dapat kita bandingkan bahwa Qsp > Ksp sehingga endapan Fe(OH)₂ akan terbentuk setlah larutan FeCl₂ di campur dengan larutan NaOH.

BelajarKimia-Pertanyaan

Tentukan dengan menggunakan reaksi hidrolisis apakah garam-garam dibawah ini akan menghasilkan larutan yang bersifat asam, netral, atau basa.

• KNO₂
• NaCH₃COO
• NH₄Cl
• NH₄NO₃
• KCN
• NaCl
• KI
• KF
• KNO₃

BelajarKimia-Solusi

Hidrolisis adalah istilah umum yang dipergunakan untuk menyebut reaksi suatu zat dengan air. Hidrolisis atau dalam bahasa Ingris disebut sebagai “Hydrolysis” berasal dari kata “hydro” artinya air dan “lysis” artinya peruraian. jadi hidrolisis bisa diartikan sebagai peruraian oleh air. Sifat asam, netral, atau basa larutan garam ditentukan oleh reaksi hidrolisis baik kation atau anion garam tersebut. Yang perlu diingat disini adalah bila kation yang terhidrolisis maka akan dihasilkan larutan yang bersifat asam. Bila anion yang terhirolisis maka akan dihasilkan larutan yang bersifat basa, dan bila kation atau anion yang terhidrolisis maka sifatnya ditentukan oleh nilai Ka dan Kb, nilai yang paling besar menentukan sifat larutannya.

KNO₂ , NaCH₃COO, KCN, dan KF adalah garam yang berasal dari basa kuat dan asam lemah. Basa dari kation K+ dan Na+ adalah basa kuat dan asam dari anion NO₂ ^- , CH₃COO^- , CN^-, dan F^- adalah asam lemah. Yang lemah yang akan terhirolisis, jadi anion yang akan terhidrolisis dan sifat larutan yang dihasilkan adalah basa.

NO₂ ^- + H₂O -> HNO₂ + OH^-
CH₃COO^- + H₂O -> CH₃COOH + OH^-
CN^- + H₂O -> HCN + OH^-
F^- + H₂O -> HF + OH^-

NaCl, KI, dan KNO₃ adalah garam yang berasal dari asam kuat dan basa kuat. Garam-garam ini tidak mengalamai hidrolisis sehingga larutannya bersifat netral.

NH₄Cl, dan NH₄NO₃ adalah garam dimana kationnya berasal dari basa lemah dan anionnya berasal dari asam kuat. Yang terhidrolisis adalah kationnya sehingga larutan yang dibentuk dari garam-garam tersebut bersifat asam.

NH₄⁺ + H₂O -> NH₄OH + H⁺

Perlu di ingat bahwa yang larutan penyangga disusun oleh asam lemah dan basa konjugasinya atau basa lemah dengan asam konjugasinya. Jadi dua spesies inilah yang menentukan pH larutan penyangga yaitu asam lemah dan basa konjugasinya atau basa lemah dengan asam konjugasinya. untuk larutan penyangga asam yang terbuat dari CH3COOH dan CH3COONa dapat ditulis reaksi sebagai berikut :

CH3COOH -> CH3COO^- + H⁺
CH3COONa -> CH3COO^- + Na⁺

total reaksi bisa ditulis sebagai berikut :

CH3COOH -> CH3COO^- + H+

tetapan kesetimbangan larutan tersebut adalah

Ka = [CH3COO-][H+]/ [CH3COOH]

persamaan di atas diubah dalam bentuk persamaan [H+]

[H+] = Ka x [CH3COOH]/ [CH3COO-]

persamaan diatas diubah dalam bentuk pH di peroleh

-log [H+] = -log { Ka x [CH3COOH]/ [CH3COO-] }
-log [H+] = -log Ka - log ( [CH3COOH]/ [CH3COO-] )
-log [H+] = -log Ka + log [CH3COO-] / [CH3COOH]
pH = pKa + log [CH3COO-] / [CH3COOH]

atau kita bisa ganti CH3COOH dengan HA dan CH3COO- dengan A- sehingga di peroleh

Tak lain persamaan diatas adalah persamaan Henderson-Hasselbalch

keterangan:

pKa = logaritma negatif dari Ka
[A-] = konsentrasi dalam molar basa konjugasi asam lemah HA
[HA] = konsentrasi asam lemah

Bagimana cara kerja larutan penyangga sehingga dia bisa mempertahankan nilai pH nya walaupun ditambah asam maupun basa? Sebenarnya mekanisme kerja buffer sangatlah sederhana. Sebagai contoh kita ambil larutan penyangga yang di buat dari campuran larutan NH3 dan NH4Cl. Pada larutan ini kita tambahkan sedikit asam misalnya HCl. Di dalam larutan penyangga tersebut terdapat NH3 dan NH4Cl maka kita harus menentukan terllebih dahulu kira-kira dengan spesies mana HCl akan bereaksi. Tentu tidak sulit kan untuk menentukan yang mana?

Ya. HCl bersifat asam maka dia akan bereaksi dengan basa, dan bagian basa dari larutan penyangga tersebut adalah NH3, jadi reaksinya bisa ditulis sebagai:

HCl + NH4OH -> NH4Cl + H2O

Jadi penambahan HCl akan menambah konsentrasi NH4+ di dalam larutan pemnyangga. Lalu bagaimana bila larutan penyangga tersebut kita tambahkan basa NaOH? Dengan spesies manakah di dalam larutan penyangga tersebut NaOH akan bereaksi? tentu saja dengan NH4Cl, Kenapa? ingat NH4OH adalah basa lemah, basa lemah memiliki nilai Kb yang rendah, artinya basa lemah lebih suka apabila dia dalam keadaan tidak terionisasi (tetap dalam bentuk NH4OH) daripada dia terionisasi menjadi NH4+ dan OH- .

NaOH akan menjadi sumber OH- bagi NH4Cl untuk membentuk NH4OH dengan reaksi sebagai berikut:

NaOH + NH4Cl -> NH4OH + NaCl

Penambahan NaOH akan menambah konsentrasi NH4OH dan NaCl sebagai hasil samping tidak berkontribusi pada pH ( garam dari asam kuat dan basa kuat akan terhidrolisis sempurna). Jadi penambahan asam pada larutan penyangga NH3 dan NH4Cl akan menambah konsentrasi NH4Cl sedangkan penambahan basa akan menambah konsentrasi NH4OH akan tetapi perlu di ingat penambahan asam atau basa dengan batas-batas tertentu tidak akan menambah konsentrasi NH4Cl dan NH4OH yang terlalu besar sehingga dengan demikian pergeseran nilai pH tidak akan jauh dari nilai saat awal penambahan belum terjadi.

Untuk contoh mekanisme larutan penyangga asam CH3COOH dan CH3COONa adalah sebagai berikut:

penambahan basa (KOH)———— CH3COOH + KOH -> CH3COOK + H2O
penambahan asam (HCl) ————CH3COONa + HCl -> CH3COOH + NaCl

Apakah larutan penyangga itu?

“Larutan penyangga atau dikenal juga dengan nama larutan buffer adalah larutan yang dapat mempertahankan nilai pH apabila larutan tersebut ditambahkan sejumlah asam atau basa maupun diencerkan dengan menambah sejumlah volume air”

Jadi apabila suatu larutan penyangga ditambahkan asam atau basa ataupun diencerkan maka nilai pH larutan penyangga tersebut akan tetap. Andaikan kita memiliki larutan penyangga ber-pH 6.5 kemudian kedalam larutan penyangga itu kita tetesi sejumlah asam (misalnya HCl) lalu pH larutan tersebut kita ukur pH nya maka pH larutan tersebut akan tetap 6.5. Hal yang sama juga terjadi bila larutan penyangga itu kita tetesi basa (misalnya KOH) ataupun kita tambahkan air sehingga volumenya menjadi 3 kali volume semula, pHnya akan tetap menunjukan 6.5.

Berapa banyak asam atau basa yang bisa kita tambahkan ke dalam larutan penyangga sehingga nilai pH larutan penyangga tersebut akan tetap? Jumlah asam atau basa yang dapat kita tambahkan ke dalam suatu larutan penyangga adalah terbatas dan hal ini tergantung dari konsentrasi komponen penyususn larutan penyangga itu sendiri.

Jadi setiap larutan penyangga memiliki batasan sampai berapa banyak dia mampu menampung asam atau basa yang ditambahkan kepadanya sehingga larutan penyangga tersebut mampu mempertahankan nilai pH seperti semula. Hal inilah yang kita kenal dengan istilah “Kapasitas Larutan Penyangga”.

Dibuat dari apakah larutan penyangga itu?

Larutan penyangga dibedakan atas,

1. Larutan penyangga asam
2. Larutan penyangga basa

Larutan penyangga asam terbuat dari “asam lemah dan garam dari basa konjugasinya” sedangakan larutan penyangga basa dibuat dari “basa lemah dengan garam dari asam konjugasinya”. Tentu saja apakah anda masih ingat tentang teori asam basa Bronsted-Lowry? Untuk mengingatnya perhatikan contoh reaksi berikut berikut:

CH3COOH + H2O -> CH3COO^- + H3O⁺
asa—–basa——-basa1—-asam1

CH3COOH pada reaksi diatas disebut sebagai asam dikarenakan dia mampu mendonorkan proton H+ kepada H2O membentuk CH3COO^-, sedangkan CH3COO^- disebut sebagai basa konjugasi CH3COOH disebabkan spesies ini berasal dari terionisasinya CH3COOH. Pasangan CH3COOH dan CH3COO^- disebut sebagai pasangan asam-basa konjugasi.

Jadi CH3COOH dan CH3COO^- bisa dijadikan sebagai komponen penyususn larutan penyangga. karena ion CH3COO^- tidak bisa berdiri sendiri maka kita menuliskannya dalam bentuk garamnya yaitu CH3COONa atau CH3COOK (garam dari basa konjugasinya). Ingat istilah “garam” biasa merujuk pada zat yang dihasilkan dari reaksi antara asam dengan basa seperti contoh berikut:

CH3COOH + NaOH -> CH3COONa + H2O
asam——-basa——–garam

Jadi bila anda memiliki asam lemah HF bagaimana anda mencari pasangan basa konjugasinya? mudah saja tinggal ambil H+ dari senyawa HF kemudian kita jadikan dia sebagai garam. Ambil H+ dari HF akan dihasilkan F- kemudian kita buat spesies F- menjadi garam dengan menambahkan Na+ atau K+ menjadi NaF. Sehingga HF dan NaF adalah pasangan yang bisa juga dipakai untuk penyususn larutan penyangga.

Bagaimana dengan penyusun larutan penyangga basa?

Sederhana saja, tinggal ambil contoh basa lemah misalnya larutan amoniak NH3(aq) kemudian kita harus mencari asam konjugasinya. Bagaimana cara mncarinya? anda tinggal menambahkan H+ kedalam basa lemah tersebut sehingga di hasilkan;

NH3(aq) + H⁺-> NH4⁺
basa——————asam konjugasi

karena yang kita inginan adalah bentuk garamnya maka kita tinggal menambahkan anion saja seperti Cl- atau SO4^2- atau NO3- sehingga diperoleh NH4CL. Jadi NH3 dan NH4Cl adalah komponen yang bisa dijadikan sebagai penyususn larutan penyangga basa.

Kesimpulannya,

“Untuk mencari basa konjugasi dari suatu asam lemah kita tinggal mengambil proton H⁺ dari asam tersebut dan sebaliknya untuk mencari asam konjugasi dari suatu basa lemah maka kita tinggal menambahkan proton H⁺ pada basa lemah tersebut”

dan untuk membentuk menjadi garam maka kita tinggal menambahkan kation (Na+ atau K+) atau anion ( Cl-, SO4^2-, atau NO3-)

perhatikan contoh berikut sekali lagi

asam lemah————————-H3PO4
basa konjugasinya——————H2PO4^- (ambil satu H+)
garam dari basa konjugasinya——-NaHPO4 ( pasangkan dengan Na+ atau K+)

jadi campuran H3PO4 dan NaHPO4 akan menghasilkan larutan penyangga asam

basa lemah————————-CH3NH2
asam konjugasinya——————CH3NH3⁺ (tambah satu H+)
garamnya ————————–CH3NH3Cl (pasangkan dengan Cl- atau SO4- atau NO3-)

jadi campuran CH3NH2 dan CH3NH3Cl akan menghasilkan larutan penyangga basa.