Halaman
179Kimia XI SMATujuan Pembelajaran:Setelah mempelajari bab ini, Anda diharapkan mampu:1. Menjelaskan pengertian larutan penyangga dan komponenpenyusunnya.2. Merumuskan persamaan untuk menentukan konsentrasiH+ dan OH– suatu larutan penyangga.3. Menghitung pH dan pOH larutan penyangga denganmeng-gunakan prinsip kesetimbangan.4. Menghitung pH larutan penyangga pada penambahansedikit asam, basa, atau pengenceran.5. Menjelaskan fungsi larutan penyangga dalam tubuhmakhluk hidup dan kehidupan sehari-hari.Larutan PenyanggaBAB6PengantarLarutan penyangga/larutan buffer/larutandapar, larutan penyangga asam, larutanpenyangga basa, asam, basa, asamkonjugasi, basa konjugasi.Kata KunciJika ke dalam air murni ditambahkan asam atau basa meskipun dalam jumlahyang sedikit, harga pH dapat berubah secara drastis. Sebagaimana kita ketahuibahwa air murni mempunyai pH = 7. Penambahan 0,001 mol HCl (1 mL HCl 1 M)ke dalam 1 liter air murni akan menghasilkan ion H+ sebanyak 10–3M, sehingga pHturun menjadi 3. Di lain pihak, penambahan 0,001 mol NaOH (40 mg NaOH) kedalam 1 liter air murni akan menghasilkan ion OH– sebanyak 10–3M, sehingga pHnaik menjadi 11. Jadi, air murni tidak mampu menyangga atau mempertahankanpH terhadap penambahan asam maupun basa.Sekarang jika HCl yang sama (1 mL HCl 1 M) ditambahkan ke dalam 1 literair laut, ternyata perubahan pH-nya jauh lebih kecil, yaitu dari 8,2 menjadi 7,6.Larutan seperti air laut ini, yaitu larutan yang mampu mempertahankan nilai pHtertentu disebut larutan penyangga ataularutan buffer ataudapar.
180Kimia XI SMALarutan Penyanggaterdiri dariSoikiometri LarutanAsam - BasaBufferBasaBufferAsamadalah campuranGaram + Basa lemah(Asam kuat + Basa lemah berlebih)Basa lemah dan Konjugasinyaadalah campuranGaram + Asam lemah(Basa kuat + Asam lemah berlebih)Asam lemah dan KonjugasinyapH BufferAsampH BufferBasapH Stabil(tetap)pH Stabil(tetap)Sedikit Asamdan Basa kuatSedikit Asamdan Basa KuatmempunyaimempunyaiditambahditambahhasilhasilPeta KonsepLarutan Penyangga
181Kimia XI SMA6.1 Komponen Larutan PenyanggaLarutan penyangga dibedakan atas larutan penyangga asam dan larutanpenyangga basa.a. Larutan penyangga asam mengandung suatu asam lemah (HA) dengan basakonjugasinya (A–).Contoh:CH3COOH + NaCH3COO (komponen bufer: CH3COOH dan CH3COO–)b. Larutan penyangga basa mengandung basa lemah (B) dengan asam konju-gasinya (BH+).Contoh:NH3 + NH4Cl (komponen bufer: NH3 dan NH4+)Menentukan Larutan PenyanggaPeriksalah apakah campuran larutan berikut bersifat penyangga atau tidak.a. 50 mL larutan CH3COOH 0,1 M + 50 mL larutan Ca(CH3COO)2 0,1 Mb. 50 mL larutan CH3COOH 0,1 M + 50 mL larutan NaOH 0,2 Mc. 50 mL larutan CH3COOH 0,1 M + 50 mL larutan NaOH 0,1 MJawab:a. Campuran dari 50 mL larutan CH3COOH 0,1 M dengan 50 mL larutanCa(CH3COO)2 0,1 M bersifat penyangga karena mengandung asam lemah(CH3COOH) dan basa konjugasinya, yaitu ion CH3COO– yang berasal dariCa(CH3COO)2.b. Campuran dari 50 mL larutan CH3COOH 0,1 M dengan 50 mL larutan NaOH0,2M tidak bersifat penyangga karena CH3COOH tidak bersisa.CH3COOH + OH–⎯⎯→CH3COO–+H2OAwal: 5 mmol10 mmol - -Reaksi:–5 mmol–5 mmol+5 mmol+5 mmolAkhir: - 5 mmol 5 mmol 5 mmolc. Campuran dari 50 mL larutan CH3COOH 0,1 M dengan 50 mL larutan NaOH 0,1M bersifat penyangga karena CH3COOH akan bereaksi dengan sebagian ion OH–dari NaOH membentuk ion CH3COO–.CH3COOH + OH–⎯⎯→CH3COO– + H2OAwal:10 mmol 5 mmol --Reaksi:–5 mmol–5 mmol+5 mmol+5 mmolAkhir: 5 mmol - 5 mmol 5 mmolJadi, dalam campuran terdapat 5 mmol CH3COOH (suatu asam lemah) dan 5 mmolion CH3COO– (basa konjugasi dari CH3COOH).C o n t o h6.1
182Kimia XI SMAPeriksalah apakah campuran berikut bersifat penyangga atau tidak. Jika ya, tuliskankomponen penyangganya.1. 50 mL NH4Cl 0,1 M + 50 mL NaOH 0,1 M2. 50 mL NH3 0,1 M + 50 mL NH4Cl 0,1 M3. 50 mL H2SO4 0,1 M + 50 mL NH3 0,2 M6.2 Menghitung pH Larutan PenyanggaA. Larutan Penyangga AsamMarilah kita tinjau larutan yang mengandung campuran asam lemah denganbasa konjugasinya, misalnya CH3COOH dengan CH3COO–. Kita ketahui bahwahampir semua ion CH3COO– dalam larutan berasal dari garam sebab CH3COOHhanya sedikit sekali yang terionisasi (James E. Brady, 1990).CH3COOH⎯⎯→←⎯⎯ CH3COO– + H+Ka=–+33[CH COO ][H ][CH COOH][H+]=Ka · 3–3[CH COOH][CH COO ]–log [H+] = –log Ka– log 3–3[CH COOH][CH COO ]pH=pKa – log 3–3[CH COOH][CH COO ]Karena dalam satu larutan mengandung CH3COOH dan CH3COO–, maka rumusdi atas dapat ditulis:pH =pKa – log agdengan:Ka= tetapan ionisasi asam lemaha= jumlah mol asam lemahg= jumlah mol basa konjugasiB. Larutan Penyangga BasaSekarang marilah kita tinjau larutan yang mengandung basa lemah denganasam konjugasinya. Misalnya, NH3 dan NH4+ yang berasal dari garam (JamesE. Brady, 1990).NH3 + H2O⎯⎯→←⎯⎯ NH4+ + OH–Kb=+–43[NH ][OH ][NH ]Latihan 6.1
183Kimia XI SMA[OH–]=Kb·3+4[NH ][NH ]–log [OH–] = – log Kb – log 3+4[NH ][NH ]pOH=pKb – log 3+4[NH ][NH ]Karena dalam satu larutan mengandung NH3 dan NH4+, maka rumus di atasdapat di tulis:pOH =pKb – log bg dengan:Kb= tetapan ionisasi basa lemahb= jumlah mol basa lemahg= jumlah mol asam konjugasiSebanyak 50 mL larutan NH3 0,1 M (Kb = 10–5) dicampur dengan 100 mL larutanNH4Cl 0,5 M. Hitunglah pH larutan tersebut!Jawab:50 mL NH3 0,1 M + 100 mL NH4Cl 0,5 Mmol NH3= 50 mL × 0,1 mmol/mL = 5 mmolmol NH4Cl = 100 mL × 0,5 mmol/mL = 50 mmolpOH =pKb – log bgpOH = 5 – log 550pOH = 5 – log 0,1pOH = 5 +1=5pH= 14 – pOH= 14 – 6=8Tentukan pH larutan penyangga yang dibuat dengan mencampurkan 50 mL larutanCH3COOH 0,1 M dengan 50 mL larutan NaCH3COO 0,1 M.(KaCH3COOH = 1,8 × 10–5)C o n t o h6.2C o n t o h6.3
184Kimia XI SMAJawab:50 mL CH3COOH 0,1 M + 50 mL NaCH3COO 0,1 Mmol CH3COOH= 50 mL × 0,1 mmol/mL= 5 mmolmol NaCH3COO = 50 mL × 0,1 mmol/mL= 5 mmolpH=pKa – logagpH= – log 1,8 × 10–5 – log 55pH= – log 1,8 × 10–5pH= 5 – log 1,8= 4,751. Berapa pH larutan yang dibuat dari mencampurkan 100 mL larutan NaOH 0,001 Mdengan 900 mL larutan NaCl 0,02 M?2. Jika 100 mL larutan HCl 2 M ditambahkan ke dalam 100 mL larutan NH3 2 M,berapakahpH larutan yang terjadi?3.pH suatu larutan N2H4 adalah 8,3. Jika konsentrasi N2H4 adalah 2 M dan konsentrasiN2H5+ adalah 1 M, hitunglah Kb untuk N2H4 tersebut!4. Berapakah pH larutan yang dihasilkan dari penambahan 1 mL NaOH 2 M ke dalam50 mL larutan NH3 1 M dan sekaligus juga NH4Cl 1 M?5. Ulangi perhitungan soal no. 4, tetapi sekarang untuk penambahan 1 mL larutan HCl2M sebagai ganti NaOH!C. Kegunaan Larutan PenyanggaKebanyakan reaksi-reaksi biokimia dalam tubuh makhluk hidup hanyadapat berlangsung pada pH tertentu. Oleh karena itu, cairan tubuh harusmerupakan larutan penyangga agar pH senantiasa konstan ketika metabolismeberlangsung.Dalam keadaan normal, pH dari cairan tubuh termasuk darah kita adalah7,35 – 7,5. Walaupun sejumlah besar ion H+ selalu ada sebagai hasilmetabolisme dari zat-zat, tetapi keadaan setimbang harus selalu dipertahankandengan jalan membuang kelebihan asam tersebut. Hal ini disebabkan karenapenurunanpH sedikit saja menunjukkan keadaan sakit. Untuk itu tubuh kitamempunyai hal-hal berikut.1.Sistem buffer, untuk mempertahankan pH tubuh agar tetap normal.2.Sistem pernapasan.Di sini dipakai buffer H2CO3/HCO3–Misalnya konsentrasi H3O+ dalam darah naik, berarti pH-nya turun.H3O+ + HCO3–⎯⎯→←⎯⎯ H2CO3 + H2OLatihan 6.2
185Kimia XI SMABilapH turun maka pusat pernapasan kita akan dirangsang, akibatnyakita bernapas lebih dalam sehingga kelebihan CO2 akan dikeluarkanmelalui paru-paru. Sedangkan bila konsentrasi OH– naikH2CO3 + OH–⎯⎯→←⎯⎯ HCO3– + H2OKarena kemampuan mengeluarkan CO2 ini, maka bufer H2CO3 dan HCO3–paling baik untuk tubuh.3.GinjalGinjal kita juga menolong untuk mengatur konsentrasi H3O+ dalam darahagar tetap konstan, dengan jalan mengeluarkan kelebihan asam melaluiurine, sehingga pH urine dapat berada sekitar 4,8 – 7,0.Kegunaan larutan penyangga tidak hanya terbatas pada tubuh makhlukhidup. Reaksi-reaksi kimia di laboratorium dan di bidang industri juga banyakmenggunakan larutan penyangga. Reaksi kimia tertentu ada yang harusberlangsung pada suasana asam atau suasana basa. Buah-buahan dalam kalengperlu dibubuhi asam sitrat dan natrium sitrat untuk menjaga pH agar buahtidak mudah dirusak oleh bakteri.1. Mengapa larutan yang mengandung campuran asam kuat dengan garamnya bukanmerupakan larutan penyangga? 2. Mengapa larutan penyangga tidak berubah apabila diencerkan? Jelaskan denganmenggunakan rumus pH larutan penyangga! 3. Ke dalam 2 liter larutan asam asetat 0,2 M (Ka= 10–5) ditambahkan 8 gram NaOH.HitunglahpH larutan yang terjadi! 4. Tentukan pH larutan yang dibuat dengan mencampurkan 100 mL larutan NH3 0,1 Mdengan 500 mL larutan NH4Cl 0,1 M. (Kb NH3 = 1,8 × 10–5) 5. Hitunglah pH larutan yang dibuat dengan mencampurkan 50 mL larutan CH3COOH0,1M dengan 50 mL larutan NaCH3COO 0,2 M. (Ka CH3COOH = 10–5) 6. Berapa mL larutan CH3COOH 0,1 M harus ditambahkan ke dalam 200 mL larutanNaCH3COO 0,1 M untuk membuat larutan penyangga dengan pH = 5 (Ka CH3COOH= 10–5)? 7. Asam format (HCOOH) dan asam asetat (CH3COOH) keduanya tergolong asamlemah. Apakah larutan yang mengandung Na-format dan asam asetat bersifatpenyangga? Jelaskan! 8. Mengapa larutan penyangga penting dalam cairan tubuh? 9. Mengapa ion-ion H2PO4– maupun HPO42– sangat berguna bagi sel tubuh kita?10. Suatu penyangga bikarbonat, HCO3–, merupakan sistem yang penting dalam plasmadan cairan tubuh. Jelaskan alasan pernyataan tersebut!Latihan 6.3
186Kimia XI SMA1. Larutan penyangga adalah larutan yang pH-nya praktis tidak berubah meskipunditambah sedikit asam, sedikit basa, atau jika diencerkan.2. Larutan penyangga asam tersusun atas asam lemah dan basa konjugasinya.3. Larutan penyangga basa tersusun atas basa lemah dan asam konjugasinya.4.pH larutan penyangga dapat dihitung dengan rumus:• larutan penyangga asam: pH=pKa – logag• larutan penyangga basa:pOH =pKb – log bg5. Larutan penyangga berperan penting dalam kehidupan sehari-hari, bahkan juga padaproses di dalam tubuh makhluk hidup.Rangkuman
187Kimia XI SMAI. Berilah tanda silang (X) huruf A, B, C, D, atau E pada jawaban yang paling benar!1. Salah satu contoh larutan penyangga adalah larutan yang mengandung cam-puran ... .A. HNO3 dan NaNO3B. H2CO3 dan NaHCO3C. NaOH dan NaClD. NH4OH dan HClE. CH3COOH dan NaOH2. Pernyataan berikut yang tidakbenar mengenai larutan penyangga adalah ... .A. memiliki pH yang konstanB.pH-nya tidak berubah dengan penambahan sedikit asam atau basaC.pH-nya tidak dipengaruhi oleh pengenceranD.pH selalu sama dengan pKa atau pKbE.pH-nya tidak dipengaruhi oleh CO2 di udara3. Untuk membuat larutan penyangga dengan pH = 9, maka ke dalam 40 mL larutanNH3 0,5 M (Kb= 10–5) harus ditambahkan larutan HCl 0,2 M sebanyak ... .A. 10 mLD. 40 mLB. 20 mLE. 50 mLC. 30 mL4. Jika 100 mL larutan HCl 0,1 M dicampurkan dengan 50 mL larutan NH3 0,3 M(Kb = 10–5), maka pH larutan yang terjadi adalah ... .A. 9 + log 3D. 8 – log 2B. 9 + log 5E. 8 + log 5C. 9 – log 55. Suatu larutan yang mengandung 0,1 mol asam asetat (Ka= 10–5) dan 0,01 molnatrium asetat mempunyai pH sebesar ... .A. 3D. 6B. 4E. 7C. 56. Larutan penyangga umumnya mempunyai ketentuan dan sifat-sifat seperti dibawah ini, kecuali....A. dibuat dari campuran asam lemah dengan basa konjugasinyaB. paling efisien jika konsentrasi asam dan basa konjugasinya sama banyakC.pH-nya dianggap tidak berubah kalau sedikit diencerkanD.Kadari asamnya harus sama dengan Kb dari basa konjugasinyaE. dapat dibuat dari asam lemah diprotik, seperti H2CO3 dan NaHCO3123456789012345678901212345678901234567890121234567890123456789012Uji Kompetensi
188Kimia XI SMA7. Suatu larutan penyangga terdiri dari campuran asam asetat dengan garam Na-asetat. Daya kerja larutan penyangga paling besar (paling efisien) dengan keten-tuan-ketentuan seperti di bawah ini, kecuali....A.pH =pKaB. konsentrasi asam = konsentrasi garamnyaC. log [][]garamasam = 1D. konsentrasi ion H+=KaE. log [][]asamgaram = 08. Ke dalam 1 liter larutan asam asetat 0,1 M yang pH-nya 3, ditambahkan garamnatrium asetat supaya pH-nya menjadi dua kali semula. Jika Ka asam asetat= 10–5, maka garam natrium asetat yang harus ditambahkan sebanyak ... .A. 1 molD. 0,001 molB. 0,1 molE. 0,0001 molC. 0,01 mol9. Perbandingan volume CH3COOH 0,1 M (Ka = 10–5) dan NaOH 0,1 M yang harusdicampurkan untuk membuat larutan buffer dengan pH = 6 adalah ... .A. 2:1D. 11:1B. 1:10E. 11:10C. 10:110. Jika ke dalam 50 mL larutan penyangga dengan pH = 5 ditambahkan 50 mLakuades, maka ... .A.pH akan naik sedikitD.pH naik drastisB.pH akan turun sedikitE.pH turun drastisC.pH tidak berubah11. Suatu larutan bufer mempunyai pH = 8,31. Jika 12 tetes HCl 1,2 M ditambahkanke dalam 500 mL larutan ini, maka pH akhir yang dapat diharapkan adalah ... .A. 3,31D. 8,36B. 8,26E. 7C. 8,3112. Sistem penahan utama dalam darah terdiri atas ... .A. H2CO3 – HCO3–D. H2PO4– – HPO42–B. HCO3– – CO32–E. NH3 – NH4+C. H3PO4 – H2PO4–13. Campuran CH3COOH dengan NaCH3COO dapat digunakan untuk membuatlarutan penyangga dengan pH sekitar ... . (KaCH3COOH = 10–5)A. 1 – 5D. 4 – 6B. 3 – 5E. 5 – 6C. 4 – 5
189Kimia XI SMA14. Dari senyawa berikut ini, yang membentuk buffer jika dicampur dengan NaHCO3adalah ... .A. NaOHD. H2OB. HClE. KOHC. H2CO315. Ke dalam larutan basa lemah LOH ditambahkan padatan garam L2SO4, sehinggakonsentrasi LOH menjadi 0,1 M dan konsentrasi L2SO4 sebesar 0,05 M. Bila KbLOH = 10–5 maka pH campuran adalah ... .A. 11D. 5B. 9 + log 2E. 5 – log 2C. 916. Campuran yang terdiri atas 10 mL larutan asam asetat 0,1 M dan 5 mL larutannatrium hidroksida 0,1 M akan mempunyai pH yang ... .A. lebih besar dari 7D. lebih besar dari pKaB. sama dengan 7E. lebih kecil dari pKaC. sama dengan pKa17. Bila 0,15 mol asam asetat (Ka = 2 × 10–5) dan 0,01 mol NaOH dilarutkan dalamair, sehingga diperoleh larutan penyangga dengan volume 1 liter, maka pH larutanpenyangga tersebut adalah ... .A. 4D. 5 – log 2B. 5E. 5 log 3C. 618. Larutan penyangga (buffer) dapat dibuat dengan mencampurkan larutan ... .A. asam nitrat dengan Na-asetatB. asam nitrat dengan Na-nitratC. asam fosfat dengan Na-asetatD. asam asetat dengan Na-asetatE. asam asetat dengan Na-nitrat19. Jika suatu asam lemah (HA) dititrasi dengan basa kuat sehingga [A–] > [HA],maka ... .A. [H3O+] <KaD. [HA] < [H3O+]B.pH < pKaE.pH = pKaC. [H3O+] > [A–]20. Suatu asam HA mempunyai pKa= 3,2. Penambahan x mol NaA ke dalam500 mL larutan HA 0,2 M menghasilkan pH larutan sebesar 3,5. Jumlah molNaA yang ditambahkan adalah ... .A. 0,025 molD. 0,20 molB. 0,05 molE. 0,25 molC. 0,10 mol
190Kimia XI SMAII. Kerjakan soal-soal berikut ini dengan benar!1.Berapa gram natrium asetat (Mr = 82) harus ditambahkan ke dalam 200 mLlarutan asam asetat 0,1 M (Ka= 10–5) agar diperoleh larutan dengan pH = 4?2.Sebanyak 50 mL larutan CH3COOH 0,2 M (Ka = 10–5) dicampur dengan 50 mLlarutan NaOH 0,1 M. Hitunglah pH larutan tersebut!3.Ke dalam 40 mL larutan NH4 0,2 M (Kb = 10–5) ditambahkan 100 mL larutanHCl 0,02 M. Hitunglah pH larutan yang terjadi!4.Berapa mL gas NH3 (STP) yang harus dialirkan ke dalam 150 mL larutan NH4Cl0,5M (Kb = 10–5) agar diperoleh larutan dengan pH = 8,5? (log 2 = 0,3 dan log 3= 0,5)5.Apakah campuran berikut bersifat penyangga? Jika ya, nyatakan komponenpenyangganya.a. 50 mL larutan NH3 0,1 M + 25 mL larutan (NH4)2SO4 0,1 Mb. 50 mL larutan H2SO4 0,1 M + 50 mL larutan NaHSO4 0,1 Mc. 50 mL larutan CH3COOH 0,2 M + 50 mL larutan NaOH 0,1 M6.Apakah larutan yang mengandung NH3 dan NH4Cl bersifat penyangga? Jika ya,bagaimana campuran tersebut mempertahankan pH terhadap penambahan sedikitasam atau sedikit basa?7.Hitunglah perubahan pH, jika 1 mL larutan HCl 1 M ditambahkan ke dalam50 mL larutan NaCl 1 M!8.Hitunglah perubahan pH, jika 1 mL larutan HCl 1 M ditambahkan ke dalam50 mL suatu buffer yang semula terdiri atas CH3COOH 1 M dan CH3COONa1M dengan Ka = 10–5.9.Berapakah perbandingan [HCO3–] : [H2CO3] yang diperlukan untuk mem-pertahankanpH sebesar 7,4 dalam aliran darah, bila diketahui Ka H2CO3 dalamdarah 8 × 10–7?10. Perhatikan suatu larutan yang mengandung asam format (HCOOH) 0,9 M dannatrium format (HCOONa) 1,1 M.a. Hitunglah pH larutan asam format-natrium format (Ka HCOOH = 1,8 × 10–4).b. Ke dalam 100 mL larutan asam format-natrium format ini ditambahkan10 mL larutan HCl 1 M. Berapakah pH larutan yang dihasilkan setelahkesetimbangan terjadi?