Larutan penyangga (buffer) merupakan larutan yang dapat mempertahankan pH ketika sejumlah zat asam atau basa ditambahkan ke dalam larutan.
A. LARUTAN PENYANGGA ASAM
Larutan penyangga asam adalah larutan yang terdiri dari:
- Asam lemah
- Basa konjugasi
Contoh
Larutan yang terdiri atas \(\ce{CH3COOH}\) dan \(\ce{CH3COONa}\) membentuk larutan penyangga asam.
\begin{equation*} \begin{array} & \ce{CH3COOH (aq) & <=> & CH3COO- (aq) & + & H+ (aq)} \quad {\color {red} \dotso \: (1)} \\\\ {\color{blue}\text{asam lemah}} && && \end{array} \end{equation*}
\begin{equation*} \begin{array} & \ce{CH3COONa (aq) & -> & CH3COO- (aq) & + & Na+ (aq)} \quad {\color {red} \dotso \: (2)}\\\\ && {\color{blue}\text{basa konjugasi}} && \end{array} \end{equation*}
1. Mekanisme Stabilisasi PH
Penambahan asam
Apabila ke dalam larutan ditambahkan zat asam, maka ion \(\ce{H+}\) yang berasal dari zat asam tersebut akan diserap oleh basa konjugasi \(\ce{CH3COO-}\)
\begin{equation*} \begin{array} & \ce{CH3COO- (aq) & + & H+ (aq) & <=> & CH3COOOH (aq)} \\\\ {\color {blue}\text{basa konjugasi}} && {\color {blue}\text{penambahan asam}} && {\color {blue}\text{bertambah}} \end{array} \end{equation*}
Karena ion \(\ce{H+}\) diserap oleh \(\ce{CH3COO-}\) maka pH kembali stabil. Namun karena reaksi di atas merupakan reaksi kesetimbangan, tidak semua penambahan ion \(\ce{H+}\) diserap, sehingga pH akan turun sedikit.
Penambahan basa
Apabila ke dalam larutan ditambahkan zat basa, maka ion \(\ce{OH-}\) yang berasal dari basa tersebut akan diserap oleh \(\ce{CH3COOH}\).
\begin{equation*} \begin{array} & \ce{CH3COOH (aq) & + & OH- (aq) & <=> & CH3COOO- (aq) & + & H2O (l)} \\\\ {\color {blue}\text{asam lemah}} && {\color {blue}\text{penambahan basa}} && {\color {blue}\text{bertambah}} \end{array} \end{equation*}
Karena ion \(\ce{OH-}\) diserap oleh \(\ce{CH3COOH}\) maka pH kembali stabil. Namun karena reaksi di atas merupakan reaksi kesetimbangan, tidak semua penambahan ion \(\ce{OH-}\) diserap, sehingga pH akan naik sedikit.
2. pH Larutan
\(\bbox[10px, border: 2px solid red] {[\ce{H+}] = \text{Ka} \:.\: \dfrac {\text{mol asam lemah}}{\text{mol basa konjugasi}}}\)
Contoh:
Larutan yang terdiri atas \(\ce{CH3COOH}\) dan \(\ce{CH3COONa}\)
\begin{equation*} \begin{array} & \ce{CH3COOH (aq) & <=> & CH3COO- (aq) & + & H+ (aq)} \quad {\color {red} \dotso \: (1)} \\\\ {\color{blue}\text{asam lemah}} && && \end{array} \end{equation*}
\begin{equation*} \begin{array} & \ce{CH3COONa (aq) & -> & CH3COO- (aq) & + & Na+ (aq)} \quad {\color {red} \dotso \: (2)}\\\\ && {\color{blue}\text{basa konjugasi}} && \end{array} \end{equation*}
Reaksi pertama merupakan reaksi kesetimbangan dengan tetapan kesetimbangan Ka
\begin{equation*} \begin{split} \text{Ka} & = \frac {[\ce{CH3COO-}] \:.\: [\ce{H+}]}{[\ce{CH3COOH}]} \\\\ [\ce{CH3COO-}] \:.\: [\ce{H+}] & = \text{Ka} \:.\: [\ce{CH3COOH}] \\\\ [\ce{H+}] & = \frac {\text{Ka} \:.\: [\ce{CH3COOH}]}{[\ce{CH3COO-}]} \\\\ [\ce{H+}] & = \bbox[5px, border: 2px solid magenta] {\text{Ka} \:.\: \frac {\ce{mol CH3COOH}}{\ce{mol CH3COO-}}} \end{split} \end{equation*}
Catatan:
\(\ce{Mol CH3COOH}\) berasal dari reaksi 1
\(\ce{Mol CH3COO-}\) berasal dari reaksi 2
B. LARUTAN PENYANGGA BASA
Larutan penyangga basa (buffer basa) merupakan larutan yang dapat mempertahankan pH ketika sejumlah zat asam atau basa ditambahkan ke dalam larutan.
Larutan penyangga basa adalah larutan yang terdiri dari:
- Basa lemah
- Asam konjugasi
Contoh
Larutan yang terdiri atas \(\ce{NH4OH}\) dan \(\ce{NH4Cl}\) membentuk larutan penyangga basa.
\begin{equation*} \begin{array} & \ce{NH4OH (aq) & <=> & NH4+ (aq) & + & OH- (aq)} \quad {\color {red} \dotso \: (1)} \\\\ {\color{blue}\text{basa lemah}} && && \end{array} \end{equation*}
\begin{equation*} \begin{array} & \ce{NH4Cl (aq) & -> & NH4+ (aq) & + & Cl- (aq)} \quad {\color {red} \dotso \: (2)}\\\\ && {\color{blue}\text{asam konjugasi}} && \end{array} \end{equation*}
1. Mekanisme Stabilisasi PH
Penambahan basa
Apabila ke dalam larutan ditambahkan zat basa, maka ion \(\ce{OH-}\) yang berasal dari zat basa tersebut akan diserap oleh asam konjugasi \(\ce{NH4+}\)
\begin{equation*} \begin{array} & \ce{NH4+ (aq) & + & OH- (aq) & <=> & NH4OH (aq)} \\\\ {\color{blue}\text{asam konjugasi}} && {\color{blue}\text{penambahan basa}} && {\color{blue}\text{bertambah}} \end{array} \end{equation*}
Karena ion \(\ce{OH-}\) diserap oleh \(\ce{NH4+}\) maka pH kembali stabil. Namun karena reaksi di atas merupakan reaksi kesetimbangan, tidak semua penambahan ion \(\ce{OH-}\) diserap, sehingga pH akan naik sedikit.
Penambahan asam
Apabila ke dalam larutan ditambahkan zat asam, maka ion \(\ce{H+}\) yang berasal dari asam tersebut akan diserap oleh \(\ce{NH4OH}\) dan \(\ce{OH-}\)
\begin{equation*} \begin{array} & \ce{NH4OH (aq) & + & H+ (aq) & <=> & NH4+ (aq) & + & H2O (l)} \\\\ {\color{blue}\text{basa lemah}} && {\color{blue}\text{penambahan asam}} && {\color{blue}\text{bertambah}} \end{array} \end{equation*}
Karena ion \(\ce{H+}\) diserap oleh \(\ce{NH4OH}\) dan \(\ce{OH-}\) maka pH kembali stabil. Namun karena reaksi di atas merupakan reaksi kesetimbangan, tidak semua penambahan ion \(\ce{H+}\) diserap, sehingga pH akan turun sedikit.
2. pH Larutan
\(\bbox[10px, border: 2px solid red] {[\ce{OH-}] = \text{Kb} \:.\: \dfrac {\text{mol basa lemah}}{\text{mol asam konjugasi}}}\)
Contoh:
\begin{equation*} \begin{array} & \ce{NH4OH (aq) & <=> & NH4+ (aq) & + & OH- (aq)} \quad {\color {red} \dotso \: (1)} \\\\ {\color{blue}\text{basa lemah}} && && \end{array} \end{equation*}
\begin{equation*} \begin{array} & \ce{NH4Cl (aq) & -> & NH4+ (aq) & + & Cl- (aq)} \quad {\color {red} \dotso \: (2)}\\\\ && {\color{blue}\text{asam konjugasi}} && \end{array} \end{equation*}
Reaksi pertama merupakan reaksi kesetimbangan dengan tetapan kesetimbangan Kb
\begin{equation*} \begin{split} \text{Kb} & = \frac {[\ce{NH4+}] \:.\: [\ce{OH-}]}{[\ce{NH4OH}]} \\\\ [\ce{NH4+}] \:.\: [\ce{OH-}] & = \text{Kb} \:.\: [\ce{NH4OH}] \\\\ [\ce{OH-}] & = \frac {\text{Kb} \:.\: [\ce{NH4OH}]}{[\ce{NH4+}]} \\\\ [\ce{OH-}] & = \bbox[5px, border: 2px solid magenta] {\text{Kb} \:.\: \frac {\ce{mol NH4OH}}{\ce{mol NH4+}}} \end{split} \end{equation*}
Catatan:
\(\ce{Mol NH4OH}\) berasal dari reaksi 1
\(\ce{Mol NH4+}\) berasal dari reaksi 2
C. REAKSI ASAM DAN BASA
Reaksi antara larutan asam dan larutan basa dapat membentuk larutan penyangga apabila memenuhi kondisi tertentu.
1. Reaksi antara asam kuat dan basa kuat
Tidak membentuk larutan penyangga
2. Reaksi antara asam lemah dan basa kuat
Dapat membentuk larutan penyangga asam apabila pada akhir reaksi terdapat sisa asam lemah
3. Reaksi antara asam kuat dan basa lemah
Dapat membentuk larutan penyangga basa apabila pada akhir reaksi terdapat sisa basa lemah
4. Reaksi antara asam lemah dan basa lemah
Tidak membentuk larutan penyangga
Asam kuat
\(\ce{HNO3, H2SO4, HBr, HI, HCl, HClO3, HClO4}\)
Basa kuat
\(\ce{LiOH, NaOH, KOH, RbOH, CsOH, Ca(OH)2, Sr(OH)2, Ba(OH)2}\)