draft bahan ajar larutan penyangga

BAHAN AJAR

LARUTANPENYANGGA

Larutan Penyangga

Kompetensi Inti

KI 1 : Menghayati dan mengamalkan ajaran agama yang dianutnya

KI 2 : Menghayati dan mengamalkan perilaku jujur, disiplin,

tanggung jawab, peduli (gotong royong, kerjasama,

toleran, damai), santun, responsif dan proaktif, dan

menunjukan sikap sebagai bagian dari solusi atas

berbagai permasalahan dalam berinteraksi secara efektif

dengan lingkungan sosial dan alam serta dalam

menempatkan diri sebagai cerminan bangsa dalam

pergaulan dunia

KI 3 : Memahami, menerapkan, dan menganalisis pengetahuan

faktual, konseptual, prosedural, dan metakognitif

berdasarkan rasa ingin tahunya tentang ilmu

pengetahuan, teknologi, seni, budaya, dan humaniora

dengan wawasan kemanusiaan, kebangsaan, kenegaraan, dan

peradaban terkait penyebab fenomena dan kejadian, serta

menerapkan pengetahuan prosedural pada bidang kajian

yang spesifik sesuai dengan bakat dan minatnya untuk

memecahkan masalah

KI 4 : Mengolah, menalar, dan menyaji dalam ranah konkret dan

ranah abstrak terkait dengan pengembangan dari yang

dipelajarinya di sekolah secara mandiri, bertindak

secara efektif dan kreatif, serta mampu menggunakan

metoda sesuai kaidah keilmuan

Kompetensi Dasar

KD 3.13 Menganalisis peran larutan penyangga dalam tubuh

makhluk hidup.

KD 4.13 Merancang, melakukan, dan menyimpulkan serta

menyajikan hasil percobaan untuk menentukan sifat larutan

penyangga

Indikator

3.13.1 Menjelaskan pengertian larutan penyangga

3.13.2 menjelaskan fungsi penyangga dalam tubuh

3.13.3 menentukan komponen larutan penyangga

3.13.4 menentukan jenis-jenis larutan penyangga

3.13.5 menentukan ph larutan penyangga asam

3.13.6 menentukan ph larutan penyangga basa

3.13.7 menentukan komponen penyangga dalam tubuh

3.13.8 menyebutkan peranan larutan penyangga dalam kehidupan

sehari-hari.

Tahukah kalian bahwa suatu sistem reaksi kimia kadang-

kadang hanya dapat berlangsung pada kondisi lingkungan yang

mempunyai pH tertentu.

Proses metabolisme dalam tumbuhan dan hewan akan

berlangsung baik jika cairan dalam organisme memiliki

nilai pH yang mendekati konstant. Keadaan ini disebabkan

oleh adanya sifat larutan yang dapat mempertahankan pH,

yakni larutan buffer atau penyangga.

(Sudarmo,2013)

A. Pengertian Larutan Penyangga

Larutan penyangga adalah larutan yang memiliki kemampuan

untuk mempertahankan perubahan pH ketika sedikit asam atau

basa ditambahkan ke dalam larutan tersebut (Sunarya, 2012).

Tahukan kalian bahwa reaksi-reaksi kimia dalam tubuh manusia merupakan reaksi enzimatis, yaitu reaksi-reaksi yang melibatkan enzim dengan katalis. Enzim sebagai katalis hanya dapat bekerja dengan baik pada pH tertentu. Di dalam setiap cairan tubuh terdapat pasangan asam basa konjugasi yang berfungsi sebagai larutan penyangga. Sistem penyangga ekstrasel yang penting adalah penyangga karbonat yang berperan dalam menjaga pH darah, penyangga fosfat yang berperan menjaga pH cairan intra sel dan sistem penyangga asam amino/protein

Larutan penyangga memiliki dua komponen yaitu asam dan basa.

Dalam pengertian lain, larutan penyangga merupakan larutan

yang mengandung asam lemah dan basa konjugatnya atau basa

lemah dan asam konjugatnya dalam keadaan seimbang. Asam akan

berperan jika ada upaya untuk menaikan pH, sedangkan basa akan

berperan jika ada upaya untuk menurunkan pH. Asam dan basa di

sini merupakan pasangan asam dan basa konjugasi.

Larutan penyangga dapat dibagi menjadi dua, yaitu larutan

penyangga asam dan larutan penyangga basa.

1. Larutan penyangga asam mengandung suatu asam lemah (HA)

dan basa konjugasinya (A–). Larutan penyangga asam

mempertahankan pH pada daerah asam (pH < 7), contoh

CH3COOH/CH3COO–. Persamaan umum reaksinya dapat dituliskan

sebagai berikut.

HA(aq) ←⃑ H+(aq) + A–(aq)Asam lemah basa konjugasi

2. Larutan penyangga basa mengandung basa lemah (B) dan asam

konjugasinya (BH +). Larutan penyangga basa mempertahankan

pH pada daerah basa (pH > 7), contoh NH3/NH4+. Persamaan

umum reaksinya dapat dituliskan sebagai berikut.

B(aq) + H2O(l) ←⃑ BH+(aq) + OH–(aq)Basa lemah asam konjugasi

B. Prinsip Kerja Larutan Penyangga

Larutan penyangga berperan untuk mempertahankan pH pada

kisarannya. Jika ke dalam air murni dan larutan penyangga

CH3COOH/CH3COO– ditambahkan sedikit basa kuat NaOH 0,01 M pada

masing-masing larutan, maka pada larutan penyangga hanya naik

sedikit dari 4,74 menjadi 4,82. Larutan penyangga

CH3COOH/CH3COO– mengandung asam lemah CH3COOH dan basa

konjugasi CH3COO–. Jika ditambah NaOH, maka ion OH– hasil

ionisasi NaOH akan dinetralisir oleh asam lemah CH3COOH.

Akibatnya, pH dapat dipertahankan. Jika basa kuat NaOH diganti

dengan asam kuat HCl maka Ion H+ hasil ionisasi HCl akan

dinetralisir oleh basa konjugasi CH3COO–, sehingga pH dapat

dipertahankan.

Gambar 1: Perbandingan larutan non-penyangga dan larutan penyangga

saat ditambahkan NaOH

Jika ke dalam larutan penyangga CH3COOH/CH3COO–ditambah

asam kuat atau basa kuat terlalu banyak maka asam CH3COOH akan

habis bereaksi. Akibatnya larutan penyangga tidak dapat

mempertahankan pH. Jadi, larutan penyangga mempunyai

keterbatasan dalam menetralisir asam atau basa yang

ditambahkan.

C. Membuat Larutan Penyangga

Larutan penyangga asam yang akan dibuat di sini adalah

CH3COOH/CH3COO–. Asam asetat (CH3COOH) di dalam air akan

terionisasi sebagian sebesar α (derajat ionisasinya).

CH3COOH(aq) ←⃗ CH3COO–(aq) + H+(aq)

Molaritas basa konjugasi CH3COO– dapat dinaikan dengan dua

cara, yaitu:

a. Menambahkan garam (misal : CH3COONa) ke dalam asam lemah

CH3COOH.

b. Menambahkan basa kuat (misal : NaOH) ke dalam asam lemah

CH3COOH berlebih.

Larutan penyangga basa yang akan dibuat di sini adalah

NH3/NH4+. NH3 akan terionisasi sebagian sebesar α (derajat

ionisasinya) di dalam air. Reaksi yang terjadi yaitu:

NH3(aq) + H2O(l) ←⃗ NH4+(aq) + OH–(aq).

Seperti halnya pada pembuatan larutan penyangga asam,

molaritas asam konjugasi NH4+ dapat dinaikan dengan dua cara,

yaitu:

a. Menambahkan garam (misal : NH4Cl) ke dalam asam lemah NH3.

b. Menambahkan asam kuat (misal : HCl) ke dalam basa lemah NH3

berlebih.

(Partana, 2009).

D. Menghitung pH larutan Penyangga

pH larutan penyangga asam tergantung dari tetapan ionisasi

asam (Ka) dan perbandingan molaritas asam lemah dan basa a

konjugasinya. Sedangkan pH larutan penyangga basa tergantung

dari tetapan ionisasi basa (Kb) dan perbandingan molaritas

basa

lemah dan asam konjugasinya.

a. pH penyangga Asam

Perhatikan reaksi berikut: CH3COOH (aq) ←⃗ CH3COO-

(aq) + H+ (aq)

Penambahan garam CH3COONa akan menaikkan molaritas basa

konjugasi CH3COO Kenaikan molaritas CH3COO- hanya menggeser

harga tetapan kesetimbangan sedikit sekali, sehingga dapat

dirumuskan: Ka=[CH3COOH]¿¿ atau dapat dituliskan ¿

Karena pH = - log [H+] dan pKa = - log Ka, maka:

−log¿¿

Sehingga pH=pKa−log [CH3COOH ]¿¿

Secara umum, pH larutan penyangga asam dapat dirumuskan:

pH=pKa−log [CH3COOH ]¿¿

Dengan pH = derajat keasaman larutan penyangga

Ka = tetapan ionisasi asam

nHA = jumlah mol asam lemah HA

nA- = jumlah mol basa konjugasi A-

Contoh

Suatu larutan penyangga mengandung CH3COONa 0,4 mol dan CH3COOH

0,25 mol. Jika Ka = 1,8 x 10-5, maka tentukan pH larutan

penyangga.

Jawab

Jumlah mol basa konjugasi (CH3COO-) diperoleh dari garam

CH3COONa

CH3COONa (aq)→ CH3COO- (aq) + Na+

Mula-mula: 0,4 mol -

-

Reaksi : 0,4 mol 0,4 mol

0,4 mol

Akhir : 0 0,4 mol

0,4 mol

pH larutan penyangga dapat dihitung sebagai berikut:

pH = pKa – log [CH3COOH]¿¿

pH = -log (1,8x10-5) – log 0,250,4

pH = -(log1,8 + log 10-5) – log 0,625

pH = 4,7 – (-0,2)

pH = 4,94

Jadi pH larutan penyangga sebesar 4,94

b. pH penyangga basa

Larutan penyangga basa NH3/NH4+. molaritas asam konjugasi

NH4+ dapat dinaikan dengan Menambahkan garam (misal : NH4Cl) ke

dalam asam lemah NH3 atau Menambahkan asam kuat (misal : HCl)

ke dalam basa lemah NH3 berlebih sehingga dapat dirumuskan:

Ka=[CH3COOH]¿¿ atau dapat dituliskan ¿

Karena pOH = - log [OH-] dan pKb = - log Kb, maka:

−log¿¿

Sehingga pOH=pKb−log [NH3 ][NH4]

Secara umum, pOH larutan penyangga basa dapat dirumuskan

pH=pKa−log [nb]nbh−¿¿

Dengan pOH = derajat kebasaan larutan penyangga

Kb = tetapan ionisasi basa

nBH = jumlah mol basa lemah

nB- = jumlah mol asam konjugasi A-

Hitunglah pH suatu larutan penyangga yang mengandung NH4Cl 0,2

mol dan NH3 0,15 mol jika pKb NH3 = 4,74

Jawab:

Jumlah mol asam konjugasi (NH4+) diperoleh dari ionisasi NH4Cl

NH4Cl (aq) → NH4+ (aq) + Cl- (aq)

Mula-mula: 0,2 mol - -

Reaksi : 0,2 mol 0,2 mol 0,2 mol

Akhir : 0 0,2 mol 0,2 mol

pOH larutan penyangga dapat ditentukan sebagai berikut

pOH¿pKb−log nBnBH+¿¿

pOH = 4,74 – log 0,150,2

pOH = 4,74 – (-0,12)

pOH = 4,86

pH = 14 – pOH

pH = 14 – 4,86

pH = 9,14

(Utami, 2009)

Jadi, larutan penyangga basa NH3/NH4+ memiliki pH sebesar 9,14

E. Larutan Penyangga dalam Kehidupan Sehari-hari

Larutan penyangga sangat berperan dalam kehidupan

sehari-hari. Beberapa fungsi larutan penyangga dalam

kehidupan sehari-hari yaitu digunakan secara meluas

dalam kimia analitis, biokimia, dan bakteriologi,

demikian pula fotografi dan industri kulit dan warna.

Kebanyakan reaksi-reaksi biokimia dalam tubuh makhluk

hidup hanya dapat berlangsung pada pH tertentu. Oleh karena

itu, cairan tubuh harus merupakan larutan penyangga agar pH

senantiasa konstan ketika metabolisme berlangsung. Dalam

keadaan normal, pH dari cairan tubuh termasuk darah kita

adalah 7,35 – 7,5. Walaupun sejumlah besar ion H+ selalu ada

sebagai hasil metabolisme dari zat-zat, tetapi keadaan

setimbang harus selalu dipertahankan dengan jalan membuang

kelebihan asam tersebut. Hal ini disebabkan karena penurunan

pH sedikit saja menunjukkan keadaan sakit. Untuk itu tubuh

kita mempunyai 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. Bila pH turun maka pusat pernapasan kita akan

dirangsang, akibatnya kita bernapas lebih dalam sehingga

kelebihan CO2 akan dikeluarkan melalui paru-paru.

3. Ginjal kita juga menolong untuk mengatur konsentrasi H3O+

dalam darah agar tetap konstan, dengan jalan mengeluarkan

kelebihan asam melalui urine, sehingga pH urine dapat

berada sekitar 4,8 – 7,0.

4. Kegunaan larutan penyangga tidak hanya terbatas pada tubuh

makhluk hidup. Reaksi-reaksi kimia di laboratorium dan di

bidang industri juga banyak menggunakan larutan penyangga.

Reaksi kimia tertentu ada yang harus berlangsung pada

suasana asam atau suasana basa. Buah-buahan dalam kaleng

perlu dibubuhi asam sitrat dan natrium sitrat untuk menjaga

pH agar buah tidak mudah dirusak oleh bakteri (Utami,

2009).

DAFTAR PUSTAKA

Chang, R.& Overby. 2011. General Chemistry (The Essential Concept) Sixth

Edition. McGraw-Hill Companies, Inc

Keenan et.all. 1984. Kimia Untuk Universitas Jilid 1 Edisi Keenam.

Jakarta: Erlangga

Oxtoby, David W et.all. 2011. Principles of Modern Chemistry 7th

eEdition. Brooks/Cole Cengage Learning

Parning & Horale. 2005. Kimia 2B. Jakarta: Yudistira

Partana, Fajar & Wiyarsi. 2009. Mari Belajar Kimia Untuk SMA-MA Kelas

XI IPA (BSE). Jakarta: Departemen Pendidikan Nasional

Sunarya, Yayan. 2012. Kimia Dasar Jilid 2. Bandung: Yarama Widya

Sudarmo, Unggul. 2013. Kimia Untuk SMA/MA Kelas XI. Jakarta:

Erlangga

Utami, Budi et.all. 2009. Kimia Untuk SMA/MA Kelas XI IPA (BSE).

Jakarta: Departemen Pendidikan Nasional