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

“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.