Penentuan pH Larutan Penyangga

Penentuan pH Larutan Penyangga- Bagaimana membuat larutan penyangga yang memiliki nilai pH tertentu? Anda dapat membuatnya dari campuran asam lemah dan basa konjugat atau dari basa lemah dan asam konjugatnya, dengan tetapan ionisasi asam lemah atau basa lemah mendekati konsentrasi ion H+ atau pH yang diharapkan. Sebagai gambaran, misalnya larutan penyangga dibuat dari asam lemah HA dan basa konjugatnya A–. Persamaan kesetimbangan ionisasi asam adalah:

HA(aq) ⇄ H+(aq) + A–(aq).

Tetapan ionisasi dari asam lemah HA adalah

Dengan menata ulang persamaan, diperoleh persamaan untuk konsentrasi ion H+, yaitu:

Persamaan tersebut menyatakan konsentrasi ion H+ dalam bentuk Ka asam lemah dikalikan dengan perbandingan konsentrasi HA dan A–pada keadaan kesetimbangan. Jika [HA] dan [A–] sama maka konsentrasi ion H+ dari larutan penyangga sama dengan nilai Ka. Anda dapat menggunakan persamaan di atas untuk menentukan nilai pH larutan penyangga, yaitu:

Ruas kiri persamaan menyatakan pH. Ruas kanan dapat disederhanakan menjadi pKa, dimanapKa = –log Ka. Jadi, persamaan di atas dapat ditulis dalam bentuk sebagai berikut.

Secara umum, persamaan tersebut dapat dinyatakan sebagai berikut.

 (berdasarkan teori Bronsted-Lowry)

 (berdasarkan teori Arrhenius)

Untuk larutan penyangga yang dibuat dari basa lemah dan asam konjugatnya, nilai pOH diperoleh dengan cara serupa.

 (berdasarkan teori Bronsted-Lowry)

 (berdasarkan teori Arrhenius)

Persamaan ini dikenal sebagai persamaan Henderson-Hasselbalch. Untuk membuat larutan penyangga dengan pH sesuai keinginan, misalnya pH ≈ 4,75, dapat dilakukan dengan mencampurkan asam lemah yang memiliki nilai pKa sekitar 4,74. Kemudian, dicampurkan dengan garam yang konsentrasi molarnya sama dengan asam lemah agar

Contoh pH Larutan Penyangga dari Asam Lemah dan Garamnya

Berapa pH larutan yang dibuat dari campuran 50 mL CH3COOH 0,5 M dan 50 mL NaCH3COO 0,5 M? Diketahui Ka(CH3COOH) = 1,8 × 10–5.

Jawab:

Dalam larutan terdapat: CH3COOH, CH3COO–, H+, dan Na+. Reaksi kesetimbangannya:

CH3COOH(aq) ⇄ CH3COO–(aq) + H+(aq)

Konsentrasi CH3COO– lebih dominan dari garam dibandingkan hasil ionisasi asam asetat maka dalam perhitungan, konsentrasi CH3COO– ditentukan dari garamnya. Konsentrasi CH3COOH dalam campuran (100 mL):

Konsentrasi CH3COO– dalam campuran (100 mL):

Nilai pH larutan dihitung dengan rumus:

Jadi, pH larutan penyangga sebesar 4,74. Nilai ini berasal dari nilai pKa.

Contoh pH Larutan Penyangga dari Campuran Garam

Berapa pH larutan penyangga yang dibuat dari campuran 60 mL NaH2PO4 0,5 M dan 40 mL Na2HPO4 0,5 M. Diketahui Ka (H2PO4–) = 7,5 × 10–3.

Jawab:

Dalam larutan terdapat: Na+, H+, H2PO4–, dan HPO42–. Reaksi kesetimbangannya:

H2PO4–(aq) ⇄ HPO42–(aq) + H+(aq)

Oleh karena kedua garam tersebut terionisasi sempurna maka konsentrasi H2PO4– dan HPO42– sama dengan konsentrasi garam-garamnya. Konsentrasi H2PO4– dalam campuran (100 mL):

Konsentrasi HPO42– dalam volume campuran

Nilai pH larutan

Jadi, pH larutan = 1,95.

Pengenceran Larutan Penyangga

Mengapa pH larutan penyangga tidak berubah jika diencerkan? Untuk memahami hal ini, dapat ditinjau dari persamaan Henderson-Hasselbalch.

Nilai pH larutan penyangga hanya ditentukan oleh pKa dan perbandingan konsentrasi molar pasangan asam basa konjugat. Nilai Kaatau pKa dari asam lemah tidak bergantung pada konsentrasi asam, tetapi bergantung pada suhu. Oleh sebab itu, pengenceran larutan penyangga tidak akan mengubah nilai pKa (lihat Gambar 8.9).

Gambar 8.9Pengenceran larutan penyangga hanya mengubah konsentrasi molar spesi dalam kesetimbangan, tetapi tidak mengubah perbandingan spesi tersebut.

Konsentrasi molar pasangan asam basa konjugat akan berubah jika volume larutan berubah sebab konsentrasi bergantung pada volume total larutan. Pengenceran larutan akan mengubah semua konsentrasi spesi yang ada dalam larutan, tetapi karena perubahan konsentrasi dirasakan oleh semua spesi maka perbandingan konsentrasi molar pasangan konjugat asam basa tidak berubah. Akibatnya, pH larutan tidak berubah.

Manfaat Larutan Penyangga

Larutan penyangga sangat penting dalam kehidupan; misalnya dalam analisis kimia, biokimia, bakteriologi, zat warna, fotografi, dan industri kulit. Dalam bidang biokimia, kultur jaringan dan bakteri mengalami proses yang sangat sensitif terhadap perubahan pH. Darah dalam tubuh manusia mempunyai kisaran pH 7,35 sampai 7,45, dan apabila pH darah manusia di atas 7,8 akan menyebabkan organ tubuh manusia dapat rusak, sehingga harus dijaga kisaran pHnya dengan larutan penyangga.

1. Darah Sebagai Larutan Penyangga

Ada beberapa faktor yang terlibat dalam pengendalian pH darah, diantaranya penyangga karbonat, penyangga hemoglobin dan penyangga fosfat.

a. Penyangga Karbonat

Penyangga karbonat berasal dari campuran asam karbonat (H 2 CO 3 ) dengan basa konjugasi bikarbonat (HCO 3 ).

H 2 CO 3 (aq) –> HCO 3(aq) + H + (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 CO 2 dapat larut dalam air menghasilkan H 2 CO 3 . Hal ini mengakibatkan pH darah akan naik. Kondisi alkalosis dapat mengakibatkan hiperventilasi (bernafas terlalu berlebihan, kadang-kadang karena cemas dan histeris).

b. Penyangga Hemoglobin

Pada darah, terdapat hemoglobin yang dapat mengikat oksigen untuk selanjutnya dibawa ke seluruh sel tubuh. Reaksi kesetimbangan dari larutan penyangga oksi hemoglobin adalah:

HHb + O 2 (g) « HbO 2 - + H +

Asam hemoglobin ion aksi hemoglobin

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.

c. Penyangga Fosfat

Pada cairan intra sel, kehadiran penyangga fosfat sangat penting dalam mengatur pH darah. Penyangga ini berasal dari campuran dihidrogen fosfat (H 2 PO 4 - ) dengan monohidrogen fosfat (HPO 3 2- ).

H 2 PO 4 - (aq) + H + (aq) –> H 2 PO 4(aq)

H 2 PO 4 - (aq) + OH - (aq) –> HPO 4 2- (aq) ) + H 2 O (aq)

Penyangga fosfat dapat mempertahankan pH darah 7,4. Penyangga di luar sel hanya sedikit jumlahnya, tetapi sangat penting untuk larutan penyangga urin.

2. Air Ludah sebagai Larutan Penyangga

Gigi dapat larut jika dimasukkan pada larutan asam yang kuat. Email gigi yang rusak dapat menyebabkan kuman masuk ke dalam gigi. Air ludah dapat mempertahankan pH pada mulut sekitar 6,8. Air liur mengandung larutan penyangga fosfat yang dapat menetralisir asam yang terbentuk dari fermentasi sisa-sisa makanan.

3. Menjaga keseimbangan pH tanaman.

Suatu metode penanaman dengan media selain tanah, biasanya ikerjakan dalam kamar kaca dengan menggunakan mendium air yang berisi zat hara, disebut dengan hidroponik . Setiap tanaman memiliki pH tertentu agar dapat tumbuh dengan baik. Oleh karena itu dibutuhkan larutan penyangga agar pH dapat dijaga.

4. Larutan Penyangga pada Obat-Obatan

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.