Larutan Penyangga: Pengertian, Fungsi, Rumus, Soal

Pada kehidupan sehari-hari, seringkali penambahan suatu zat ke larutan yang lain menyebabkan perubahan pH yang sangat besar. Perubahan pH yang besar ini tentu sangat mengganggu sehingga dibutuhkan larutan penyangga yang berfungsi menjaga agar tidak terjadi perubahan pH yang berarti.

Pengertian Larutan Penyangga

Larutan penyangga juga disebut sebagai larutan buffer merupakan jenis larutan yang dapat mempertahankan nilai pH tertentu. Sebagai contoh adalah penambahan larutan asam klorida atau HCl 1 M sebesar 0,1 ml ke 1 liter air laut, perubahan pH air laut relatif lebih kecil yakni mulai dari 8,2 menjadi 7,6.

Bisa dilihat pada contoh di atas air laut termasuk ke dalam salah satu jenis larutan penyangga karena dapat menahan nilai pH tertentu. Bisa disimpulkan bahwa pH pada larutan penyangga praktis tidak akan berubah meskipun ditambahkan sedikit asam maupun sedikit basa atau jika diencerkan.

Komponen Larutan Penyangga

Larutan penyangga dapat dibedakan menjadi dua jenis yakni larutan penyangga asam dan larutan penyangga basa. Larutan penyangga asam dapat mempertahankan pH pada daerah asam (pH < 7), sementara larutan penyangga basa akan mempertahankan pH pada daerah basa (pH > 7).

  1. Larutan Penyangga Asam

Pada larutan penyangga asam terdapat suatu asam lemah (HA) dengan basa konjugasinya (ion Aˉ). Larutan penyangga asam bisa dibuat dengan banyak cara seperti:

a. Mencampurkan asam lemah (HA) dengan garamnya (garam LA menghasilkan ion Aˉ yang merupakan basa konjugasi dari asam HA). Contohnya adalah larutan asam lemah CH3COOH + larutan garamnya NaCH3COO (Komponen penyangga adalah CH3COOH dengan CH3COOˉ)

b. Mencampurkan suatu asam lemah dengan basa kuat yang mana senyawa asam lemah yang dicampurkan dalam jumlah berlebih. Campuran tersebut akan menghasilkan garam yang mengandung basa konjugasi dari asam lemah terkait.

  1. Larutan Penyangga Basa

Larutan penyangga basa memiliki suatu basa lemah (B) dan asam konjugasinya (BH+). Pembuatan larutan penyangga basa bisa dibuat dengan cara seperti membuat larutan penyangga asam:

a. Mencampurkan larutan basa lemah dengan garamnya yakni contohnya larutan NH3 + larutan NH4Cl dengan komponen penyangga adalah NH3 dan NH4

b. Basa lemah dengan jumlah berlebih dicampurkan dengan suatu asam kuat. Misalnya 50 mL larutan NH3 0,2 M (10 mmol) dicampurkan dengan 50 mL larutan HCl 0,1 M (5 mmol),

Kegunaan Larutan Penyangga

Keberadaan larutan penyangga memiliki peran yang sangat baik terutama bagi berlangsungnya reaksi biokimia dalam tubuh makhluk hidup. Hal ini dikarenakan umumnya reaksi biokimia dalam tubuh makhluk hidup hanya bisa berlangsung pada tingkat pH tertentu.

Oleh karena itu cairan tubuh diharuskan merupakan larutan penyangga sehingga nilai pH tetap bernilai konstan saat proses metabolism berlangsung. Pada kondisi normal, tingkat pH dari cairan tubuh termasuk darah adalah 7,35 sampai 7,5.

Meskipun sejumlah besar ion H+ selalu ada sebagai hasil metabolisme dari zat di dalam tubuh, namun dalam kondisi setimbang harus selalu dipertahankan dengan cara membuang kelebihan asam tersebut. Hal ini dikarenakan penurunan pH dlam jumlah sedikit bisa menyebabkan penyakit.

Tubuh manusia memiliki sistem berikut dalam tubuh:

  1. Sistem buffer untuk mempertahankan pH tubuh sehingga tetap normal
  1. Pada sistem pernapasan digunakan buffer HCO3ˉ. Saat pH dalam darah turun maka pusat pernapasan akan dirangsang sehingga seseorang bernapas lebih dalam sehingga kadar CO2 yang berlebih dikeluarkan lewat paru-paru. Hal ini membuat kadar OHˉ naik.
  1. Ginjal berperan dalam membantu pengaturan konsentrasi H3O+ di dalam darah sehingga tetap konstan, dengan cara mengeluarkan kelebihan asam melalui urine. Hal ini akan mempertahankan pH urine di kisaran 4,8 sampai 7,0.
  • Asidosis (Penurunan pH)

Kondisi penurunan pH atau asidosis hingga pH di bawah 7,0 disebabkan oleh adanya penyakit ginjal, penyakit jantung, diare terus-menerus, diabetes mellitus, hingga makanan dengan kadar protein tinggi selama jangka waktu yang lama.

Selain itu, asidosis sementara juga bisa terjadi disebabkan oleh dilakukannya olahraga intensif dalam waktu terlalu lama.

  • Alkalosis (Peningkatan pH Darah)

Kondisi peningkatan pH darah atau alkalosis dapat terjadi disebabkan oleh muntah yang hebat, bernafas yang terlalu berlebihan kadang disertai cemas, berada di ketinggian dan histeris (hiperventilasi). Saat muntah hebat, maka kadar ion klorida pada darah turun.

Penelitian pada para pendaki gunung Everest tanpa adanya oksigen tambahan menunjukkan jika nilai pH darah para pendaki naik di antara 7,7 sampai 7,8. Hiperventilasi dibutuhkan dalam mengatasi tekanan oksigen yang sangat rendah kira-kira 43 mmHg di tempat yang tinggi.

Nilai pH yang turun di bawah 7,0 atau naik melebihi 7,8 dapat menyebabkan kerusakan permanen pada organ tubuh atau bahkan menimbulkan kematian.

Rumus Menghitung pH Larutan Penyangga

  1. Larutan Penyangga Asam
[H+] = Ka x (a/g)

pH = pKa – log (a/g)

Keterangan:

Ka = tetapan ionisasi asam lemah
g = jumlah mol basa konjugasi
a = jumlah mol asam lemah

  1. Larutan Penyangga Basa
[OHˉ] = Kb x (b/g)

pH = pKb – log (b/g)

Keterangan:

Kb = tetapan ionisasi basa lemah
g = jumlah mol asam konjugasi
b = jumlah mol basa lemah

Contoh Soal Larutan Penyangga

  • Soal 1

Diketahui garam (NH4)2SO4 0,1 M sebanyak 100 mL ditambahkan ke dalam larutan NH3 0,1 M dengan volume 100 mL. Tentukan berapa pH campuran kedua larutan tersebut. (Kb NH3 = 1,8 x 10ˉ⁵)

Pembahasan

Jawab:

a. Jumlah mol NH3 = 0,1 mmol/mL x 100 mL 
Jumlah mol NH3 = 10 mmol

b. Jumlah mol (NH4)2SO4 = 0,1 mmol/mL x 100 mL 
Jumlah mol (NH4)2SO4 = 10 mmol
Jumlah mol ion NH4+ = 2 x 10 mmol = 20 mmol

[OHˉ] = Kb x (b/g)

[OHˉ] = 1,8 x 10ˉ⁵ x 10/20

[OHˉ] = 9 x 10ˉ⁶

pOH = – log 9 x 10ˉ⁶

pOH = 6 – log 9

Untuk menghitung pH = 14 – (6 – log 9)

pH = 8 + log 9

pH = 8,95

  • Soal 2

Apabila suatu larutan asam lemah CH3COOH 0,1 M sebanyak 100 mL dicampurkan dengan larutan NaCH3COO 0,1 M dengan volume sebanyak 100 mL untuk membuat larutan penyangga. Tentukan berapakah nilai pH larutan penyangga tersebut. (Ka CH3COOH = 1,8 x 10ˉ⁵)

Pembahasan

Jawab:

a. Jumlah mol CH3COOH = 0,1 mmol/mL x 100 mL  
Jumlah mol CH3COOH = 10 mmol

b. Jumlah mol NaCH3COO = 100 mL x 0,1 mmol/mL
Jumlah mol NaCH3COO = 10 mmol

Jumlah mol asam sama dengan jumlah mol dari basa konjugasi sehingga bisa dihitung nilai pH berikut:

pH = pKa

pH = – log 1,8 x 10ˉ⁵

pH = 4,75

Kesimpulan

Larutan penyangga yaitu jenis larutan yang nilai pH tidak berubah meski larutan tersebut ditambah sedikit basa, sedikit asam ataupun apabila larutan tersebut diencerkan. Asam lemah dan basa konjugasi adalah penyusun larutan penyangga asam. Basa lemah dan asam konjugasi penyusun larutan penyangga basa.

Kembali ke Materi Kimia