Materi Larutan Penyangga Lengkap dengan Rumus dan Contohnya

Larutan penyangga merupakan sistem larutan yang berguna untuk mempertahankan nilai pH suatu larutan. Nilai ini perlu dipertahankan agar tidak terjadi perubahan pH apabila ada penambahan dan pengenceran asam atau basa.

Sebenarnya, larutan penyangga atau buffer dalam kehidupan sehari-hari juga sering kalian temui loh. Pasalnya, larutan satu ini memang memiliki banyak fungsi yang penting. 

Mengenal Larutan Penyangga

Supaya lebih jelas mengenai larutan penyangga, mungkin contoh berikut ini akan membantu kalian lebih memahaminya.

Menurut kalian, apa yang akan terjadi apabila tiba-tiba pH darah yang normal berubah menjadi 7.35? Hal yang akan terjadi adalah sel-sel dalam tubuh tidak akan berfungsi dengan baik dan bisa terjadi kegagalan organ. Sangat berbahaya bukan, ini bisa berakibat fatal.

Nah, supaya hal itu tidak terjadi disinilah fungsi buffer menunjukan kemampuannya. Di dalam darah manusia, terdapat sebuah buffer yang menjaga agar pH darah tetap pada angka stabil yaitu 7.35.

Dengan adanya buffer tersebut, sel-sel dalam tubuh tetap bisa berfungsi dengan baik. Walaupun, mungkin terjadi suatu gangguan yang bisa mengganggu pH darah. 

Sudah cukup paham bukan sampai disini? Dari contoh kasus di atas, kalian bisa memahami apa itu dan kegunaan larutan penyangga

Karakteristik larutan penyangga

Larutan buffer secara umum memiliki karakteristik unik yang hanya dimiliki oleh larutan penyangga. Hal ini juga bisa digunakan untuk membedakan buffer dengan jenis larutan lain yang mungkin saja mirip.

Karakteristik yang paling menonjol adalah dari pH yang dimiliki buffer merupakan pH yang pasti. Nilainya tidak berubah dan bisa menjaga nilai tersebut dalam waktu yang lama. Sehingga, tidak terjadi perubahan seperti misalnya pada contoh kegunaan larutan penyangga bagi tubuh di atas. 

Selanjutnya meskipun larutan diencerkan, nilai pH yang ada tidak akan berubah. Entah itu diencerkan dengan asam atau basa, nilai pH akan tetap sama. Begitu juga apabila dilakukan penambahan larutan asam atau basa yang kuat, pH larutan akan tetap sama.  

Jenis larutan penyangga

larutan penyangga
Sumber : https://pixabay.com/photos/vials-science-liquids-ionic-1781316/

Buffer dibagi menjadi 2 jenis yaitu asam dan juga alkaline atau basa, keduanya dibedakan berdasarkan pH larutan.

Untuk buffer asam, pH yang dimiliki di bawah 7 dan terdiri dari asam lemah yang salah satunya adalah garam. Misalnya saja campuran acetic acid dan sodium asetat yang berperan sebagai buffer dengan pH sekitar 4.75.

Sementara untuk prinsip kerja larutan penyangga alkaline, pH yang dimiliki oleh larutan berada di atas 7. Larutan ini di dalamnya terdiri dari basa lemah yangs alah satuya juga garam. Contohnya pada campuran amonium klorida dan amonium hidroksida yang berperan sebagai buffer untuk larutan dengan pH 9.25.

Contoh Larutan yang Memanfaatkan larutan penyangga

Contoh larutan penyangga
Sumber: https://pixabay.com/vectors/alcohol-beer-beverage-drinks-1297932/

Di tabel berikut ini akan ditujukan larutan-larutan yang pHnya dijaga nilainya oleh buffer. Ada berbagai macam larutan mulai dari yang menggunakan buffer jenis alkali sampai dengan asam, silahkan kalian simak dengan baik ya:

NoLarutanAsam/AlkalinepH
1Baterai, Aki, Asam Hidroklorik Asam0
2Air Lemon, Vinegar, CukaAsam2
3Jus TomatAsam2.5 -3.5
4Minuman BerkarbonasiAsam2.5 -3.5
5Kopi HitamAsam5
6SusuAsam6.3-6.6
7DarahNetral7.4
8Air LautAlkaline8
9Baking SodaAlkaline9.5
10Larutan AmoniaAlkaline10.5-11.5
11BleachingAlkaline13.5
12Larutan AlkaliAlkaline13.5
13Pembersih OvenAlkaline13.5
14Cairan Pembersih PipaAlkaline14

Dengan adanya buffer, maka larutan di atas tetap terjaga nilai  pH awal atau asli yang dimiliki. Meskipun, ada penambahan atau pengenceran larutan basa atau asam yang terjadi. pH yang terjaga membuat kualitas produk tetap stabil dan manfaat yang dimiliki terjaga sempurna. 

Cara Kerja larutan penyangga

Inti dari cara kerja buffer adalah dengan memiliki sesuatu yang mampu mengeliminasi ion hidrogen dan hidroksida. Jika kedua ion tidak berhasil dihilangkan maka, pH larutan akan berubah dan merusak fungsi kerjanya. 

Seperti yang kalian baca di atas, ada dua jenis larutan buffer bukan? Nah, kedua larutan tersebut cara kerjanya cukup berbeda. Dimana tujuan dari buffer asam adalah untuk menjaga pH di bawah 7, sedangkan buffer alkaline untuk di atas 7.

Untuk selengkapnya, kalian bisa melihat penjelasan mengenai cara kerja kedua jenis buffer dengan jelas di bawah ini.

Larutan Penyangga Asam

Larutan buffer asam sudah jelas intinya berfungsi untuk menjaga pH pada keadaan asam yang dibawah 7. Seperti yang sudah di bawah di atas, komponen di dalamnya adalah asam lemah dan konjugasi basa atau garam.

Contoh dari larutan penyangga asam bisa kalian lihat pada asam etanoik dan sodium etanoat. Anggaplah kedua campuran ini setara dan mirip yang disimbolkan dengan panah bolak-balik pada persamaan reaksi kimia.

CH3COOH(aq) CH3COO(aq) + H+(aq)

Menambahkan sodium etanoat kepada campuran di atas akan membuat jumlah ion etanoat bertambah. Hal ini sesuai dengan Le Chatalier’s Principle yang menjelaskan mengenai reaksi di keadaan equilibrium dinamik.

Larutan di atas juga mengandung banyak ion etanoik, banyak ion etanoat dari sodium etanoat, dan cukup ion hidrogen dari penyangga asam.

Menambahkan Asam Pada larutan penyangga

Apakah kalian masih ingat penjelasan di atas yang mengatakan bahwa buffer harus mampu menghilangkan ion hidrogen? 

Nah, ion hidrogen ini dikombinasikan dengan ion etanoat untuk mengubahnya menjadi asam etanoik. Reaksi kimia yang akan terjadi ini termasuk reaksi yang tidak bisa dibalikan. Alasannya karena etanoik termasuk asam lemah, sehingga sebagian besar ion hidrogen yang terbentuk dihilangkan dengan cara ini :

CH3COO- (aq) + H+(aq) →<-CH3COOH (aq)

Menambahkan Alkaline ke larutan penyangga

Larutan buffer alkaline mengandung ion hidroksida dan buffer sedikit banyak menghilangkan ion tersebut. Pada kali ada dua proses yang terjadi saat penambahan larutan buffer guna menghilangkan ion hidroksida.

Pertama adalah dengan mereaksikannya dengan asam etanoik supaya bisa hilang.  Cara ini kemungkinan besar akan membuat zat asam dari ion hidroksida akan bertemu dengan molekul asam etanoik. Beginilah reaksi yang terjadi, ketika keduanya bertemu :

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

Reaksi ditulis seperti itu karena asam etanoik termasuk asam lemah sehingga mengkonjugasikan  ion basa. Hal ini akan memudahkan dalam pengangkutan ion hidrogen dan mengubahnya menjadi asam. 

Proses eliminasi ion hidroksida di tas dengan ion hidrogen membuatnya berubah menjadi air. Hal ini otomatis membuat ion hidroksida berubah bentuknya dan hanya tersisa sebagian kecil.

larutan penyangga Alkaline (Basa)

Contoh yang paling mudah untuk buffer alkaline adalah campuran amonium klorida dan amonium. Untuk amonia sendiri termasuk basa yang lemah, sehingga posisinya menjadi seperti berikut ini :

NH3 (aq) + H2 (l) NH4 (aq) + OH (aq) (persamaan tidak sempurna)

Menambahkan amonium klorida membuat ion amonium bertambah banyak. Jika kalian masih ingat Le Chatelier’s Principle, hal ini juga bekerja dengan prinsip equilibrium yang sama.

Larutan tersebut mengandung banyak amonium yang belum direaksikan, dan banyak ion  amonium dari amonium klorida. Selain itu, banyaknya ion hidroksida juga bisa digunakan untuk membuat larutan basa. 

Mekanisme Reaksi larutan penyangga Asam

Untuk mempertahankan perubahan nilai pH asli maka, ditambahkan sedikit asam yang kuat atau reaksi buffer. 

Misalnya saja buffer asam campuran dari asam asetat dan sodium asetat, maka reaksinya adalah sebagai berikut :

CH3COOH (aq) CH3COO(aq) + H+ (aq) merupakan ionisasi sebagian

CH3COONa (aq) -> CH3COO(aq)  + Na+ (aq) merupakan ionisasi komplit

Apabila yang ditambahkan adalah asam kuat seperti HCl maka tambahan ion H+ akan dikombinasikan dengan ion asetat sehingga menjadi :

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

DIkarenakan tambahan ion H+ asam dinetralkan, pH larutan tetap tidak berubah. Resistensi perubahan pH ini adalah akibat dari penambahan basa kuat yang dinamakan pencadangan basa akibat ion CH3COO.

Jika yang ditambahkan basa kuat seperti NaOH ke dalam larutan buffer maka akan ada tambahan ion OH-. Ketika ion basa tersebut dikombinasikan dengan CH3COOH maka akan menjadi :

NaOH (aq) + CH3COOH (aq) -> CH3COONa (aq) + H2O

OH- (aq) + CH3COOH (aq) ->CH3COO- (aq) + H2O

Penambahan ion OH- basa yang ada dinetralkan, sehingga pH larutan tidak sama. Resistensi ini membuat pH tidak berubah dan tetap sama seperti semula. 

Mekanisme Reaksi larutan penyangga Basa

Basic buffer adalah campuran dari amonium hidroksida (NH4 OH) dan amonium klorida (NH4Cl) di medium NH4OH dan NH4Cl. Persamaan reaksinya menjadi seperti berikut ini :

NH4OH (aq) NH4+ (aq) + OH- (aq) Ionisasi Sebagian

NH4Cl (aq) -> NH4+ (aq) + Cl- (aq) ionisasi komplit

Apabila yang ditambahkan asam kuat seperti HCl maka tambahan ion H+ yang dikombinasikan dengan NH4OH akan menghasilkan amonium dan air. Seperti pada persamaan kimia reaksi di bawah ini :

HCl (aq) + NH4OH (aq) -> NH4Cl (aq) + H2O

H+(aq) + NH4OH (aq) -> NH+(aq) + H2O

Tambahan ion H+ asam ini sudah menetralkan, pH dari larutan tetap sama dan tidak berubah.

Jika yang ditambahkan adalah basa kuat seperti NaOH maka akan ada tambahan ion basa HO. Ion ini ketika dikombinasikan dengan NH4+ maka akan menghasilkan :

OH (aq) + NH4+ (aq) -> NH4OH (aq)

Tambahan OH- menetralkan pH dari larutan dan membuatnya tidak berubah. Resistensi ini akibat dari ion NH4+ yang ditambahkan pada larutan. 

Mekanisme Reaksi Larutan Penyangga Terhadap Larutan Garam

Larutan garam amonium asetat ( CH3COONH4) di dalam media CH3COONH4 encer, adalah seperti ini reaksinya :

CH3COONH4 (aq) CH3COO- (aq) + NH4+(aq)

Apabila ada penambahan HCl yang dikombinasikan dengan CH3COO0, pada akan menghasilkan:

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

Perhitungan Larutan Penyangga

Untuk menghitung larutan penyangga sebenarnya tidaklah sulit. Misalnya saja kalian memiliki 0.1 mol dm-3 asam etanol dan 0.20 mol dm-3 sodium ethanol, berapakah pHnya sekarang?

Jika menggambarkan soal tersebut dengan persamaan reaksi kimia, maka kalian harus menuliskannya seperti ini :

CH3COOH (aq) CH3COO (aq) + H+(aq)

Keberadaan ion etanoat dari sodium etanoat memindahkan equilibrium ke sebelah kiri, sehingga Ka = [CH3COO-] [H+][CH3COOH].

Ingat bahwa pH dari larutan buffer mengandung 0.1 mol dm-3 asam etanoik dan 0.2 mol dm-3 sodium etanoat, jadi :

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

1.74 x 10-5 =0.2 x [H+]]0.1

[H+] = 1.74 x 10 -5 x 0.10.2

= 8.7 x 10-6 mol dm-3

Selanjutnya hitung menggunakan rumus pH=-log 10 [H+], maka jawabannya adalah 5.1. Hasil ini sudah paling akurat, kalian bisa menggunakan kalkulator untuk menghitungnya. 

Contoh lain, misalnya kalian menginginkan larutan penyangga dengan pH 4.46, konsentrasi ion hidrogennya adalah 3.47 x 10-5 mol dm3, maka :

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

1.74 x 10-5 =[CH3COO-] x 3.47 x 10-5[CH3COOH] [CH3COO-] [H+][CH3COOH]= 1.74 x 10-5]3.47 x 10-5

= 0.50

Ini artinya untuk mendapatkan larutan dengan pH 4.46, kalian memerlukan konsentrasi ion etanoat sebanyak 0.5. Dengan begini konsentrasi ion etanoat harus setengah dari konsentrasi asam etanoik.

FAQ

Dalam pembahasan larutan buffer atau penyangga di atas, apakah ada hal yang ingin kalian tanyakan? 

Untuk mempermudah memahaminya, di bawah ini akan dibahas pertanyaan yang biasa sering muncul. Apa saja kira-kira hal yang masih sering menimbulkan pertanyaan dari materi kali ini ya?

Ada Berapa Jenis Larutan Penyangga? Sebutkan Apa Saja!

Macam-macam larutan penyangga hanya ada buffer alkaline atau bisa juga disebut dengan basa dan buffer asam. Selain 2 buffer tersebut, untuk saat ini tidak ada tipe atau jenis buffer yang lain. Jadi, kesimpulannya hingga saat ini hanya ada 2 jenis larutan penyangga yang diketahui serta dapat dimanfaatkan. 

Untuk penyangga basa, biasanya digunakan untuk menjaga pH lebih dari 7. Sedangkan penyangga asam digunakan untuk menjaga nilai pH yang berada pada angka di bawah 7.

Bagaimana Proses Perhitungan Larutan Penyangga?

Pada pembahasan di atas, sudah ada contoh mengenai hal ini dimana rumus yang digunakan adalah :

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

Kemudian apabila ingin mencari pH maka rumusnya pH=-log 10 [H+], kalian bisa menghitungnya menggunakan bantuan kalkulator ya.

Contoh soal larutan penyangga lain yang bisa kalian simak mengenai cara menghitung pH :

Hitung pH dari larutan penyangga yang terdiri dari 0.0500 M NH3 dan 0.0350 M NH4+, Ka NH4+adalah 5.6 x 10-10.

Persamaan reaksi dari soal di atas adalah NH4+ H+ + NH3. Kita tahu bahwa ada 0,0350 M NH4+ dan 0.0500 M NH3 sebelum reaksi, jadi H+  mulai dari 0.

Perthitungannya menjadi :

Ka = [H+] [NH3][NH4+]

5.6 x 10-10 =x[0.0500+x][0.0350-x]

Nilai x dianggap tidak berarti jika dibandingkan dengan 0.0500 dan 0.0350, sehingga persamaan menjadi :

5.6 x 10-10 =x[0.0500][0.0350]

Maka H+ adalah ;

X =[H+] =3.92×10-10

pH =  -log(3.392×10-10)

pH = 9.41

Sehingga pH larutan penyangga adalah 9.41 yang terhitung sebagai buffer basa atau alkaline karena lebih dari 7.

Apa saja  contoh penggunaan larutan buffer dalam keseharian?

Ada banyak hal yang memanfaatkan buffer dalam kehidupan sehari-hari dan sering kalian jumpai. 

Misalnya saja shampo, baby lotion, deterjen, lalu pada minyak. Penggunaan buffer pada produk sehari-hari lebih kepada untuk menjaga pH bahan-bahan natural yang ada. Sehingga, saat bahan-bahan tersebut dicampurkan dengan berbagai bahan lain, pH dan manfaatnya tetap bisa kita rasakan.

Video Pembelajaran Larutan penyangga

Nah, itu dia materi lengkap pembahasan mengenai larutan penyangga atau buffer beserta contoh, jenis, dan cara perhitungannya. Apabila kalian merasa masih kurang jelas dan butuh visualisasi, bisa membuka video youtube berikut:

Daftar Pustaka

  • chem.libretexts.org/Bookshelves/ Physical_and_Theoretical_Chemistry_ Textbook_Maps/Supplemental_ Modules_(Physical_and_Theoretical _Chemistry)/Acids_and_Bases /Buffers/Introduction _to_Buffers
  • www.studiobelajar.com/larutan-penyangga/
  • socratic.org/questions/what- is-the-function-of-a-buffer
  • www.chemguide.co.uk/physical /acidbaseeqia/buffers.html
  • www.toppr.com/guides/chemistry /equilibrium/buffer-solutions/
  • socratic.org/questions/how-are- buffer-solutions-used
  • www.emedicalprep.com/ study-material/chemistry/ ionic-equillibrium/buffer-solutions/

Nilai Kualitas Artikel

Leave a Comment