Data Loading...
Bahan Ajar Flipbook PDF
Bahan ajar ini berisi materi mengenai larutan penyangga, dilengkapi juga dengan beberapa latihan soal dan pembahasan.
123 Views
10 Downloads
FLIP PDF 950.61KB
ii
Prakata Puji syukur kehadirat Allah SWT karena berkat rahmat dan hidayah-Nya. Bahan ajar ini dapat terselesaikan dengan baik. Bahan ajar ini disusun sebagai pelengkap pelajaran kimia pada materi larutan penyangga. Penyajian materi didesain untuk memperkuat pemahaman konsep dengan penjelasan cukup panjang yang dimaksudkan agar tidak terjadi miskonsepsi pada peserta didik maupun guru. Bahan ajar ini dilengkapi dengan materi dan latihan soal agar pemahaman konsep tidak cenderung hafalan dan peserta didik dapat menemukan konsep dengan sendirinya melalui beberapa kegiatan. Harapannya bahan ajar ini dapat memudahkan peserta didik dalam belajar dan selain itu juga setelah menggunakan bahan ajar ini peserta didik dapat lebih paham mengenai materi larutan penyangga. Penulis mengucapkan terima kasih kepada semua pihak yang telah membantu dan mendukung proses pembuatan bahan ajar ini. Semoga bahan ajar ini dapat lebih bermanfaat bagi guru dan peserta didik dalam mengembangkan pembelajaran kimia. Penulis menyadari masih banyak kekurangan dalam penulisan bahan ajar. Saran dan kritik yang mendukung kesempurnaan bahan ajar ini sangat dibutuhkan bagi penulis.
Semarang, 02 Januari 2020
Penulis
iii
Daftar Isi Kata Pengantar ...................................................................................................................... ii Daftar Isi .............................................................................................................................. iii Kompetensi Inti.................................................................................................................... iv Kompetensi Dasar dan Indiktor Pencapaian Kompetensi ...................................................... iv Tujuan Pembelajaran ............................................................................................................. v Peta Konsep .......................................................................................................................... v A. Komponen Larutan Penyangga ......................................................................................... 1 B. Pembentukan Larutan Penyangga ..................................................................................... 5 C. Menghitung pH Larutan Penyangga .................................................................................. 7 D. Pengaruh pengenceran dan penambahan sedikit asam atau basa pada ............................... 9 E. Kapasitas Larutan Penyangga ......................................................................................... 12 F. Peranan Larutan Penyangga ............................................................................................ 13 Daftar Pustaka ..................................................................................................................... 15
iv
Kompetensi Inti KI 1 : Menghayati dan mengamalkan ajaran agama yang dianutnya. KI 2 : Menghayati dan mengamalkan perilaku jujur, disiplin, tanggungjawab, peduli (gotong royong, kerjasama, toleran, damai), santun,responsif dan pro-aktif dan menunjukkan 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, 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 konkret terkait dengan pengembangan dari yang dipelajarinya di sekolah secara mandiri serta bertindak secara efektif dan kreatif, serta mampu menggunakan metoda sesuai kaidah keilmuan.
Kompetensi Dasar dan Indikator Pencapaian Kompetensi Kompetensi Dasar 3.12 Menjelaskan prinsip 1. kerja, perhitungan pH, 2. dan peran larutan penyangga dalam tubuh 3. makhluk hidup
4. 5. 4.12 Merancang, melakukan 4.12.1 dan menyajikan hasil 4.12.2 percobaan untuk menentukan sifat larutan penyangga 4.12.3 4.12.4
Indikator Pencapaian Kompetensi Menjelaskan larutan penyangga Membedakan larutan penyangga dan larutan bukan penyangga. Menganalisis sifat dan prinsip kerja larutan penyangga dalam mempertahankan pH-nya ketika terjadi penambahan sedikit asam atau sedikit basa atau pengenceran Menghitung pH larutan penyangga. Menganalisis peranan larutan penyangga dalam tubuh makhluk hidup dan industri. Merancang percobaan larutan penyangga Melakukan percobaan larutan penyangga berdasarkan perubahan pH yang terjadi pada penambahan sedikit asam, basa atau dengan pengenceran. Menyajikan hasil percobaan larutan penyangga. Membuat laporan hasil percobaan larutan penyangga.
iv
Tujuan Pembelajaran 1. 2. 3.
4. 5. 6. 7.
8. 9.
Peserta didik dapat menjelaskan larutan penyangga setelah melakukan literasi dan diskusi kelompok. Peserta didik dapat membedakan larutan penyangga dan larutan bukan penyangga memperhatikan penjelasan guru dan melakukan diskusi kelompok. Peserta didik dapat menganalisis sifat dan prinsip kerja larutan penyangga dalam mempertahankan pH-nya ketika terjadi penambahan sedikit asam atau sedikit basa atau pengenceran setelah melakukan diskusi kelompok. Peserta didik dapat menghitung pH larutan penyangga setelah memperhatikan penjelasan guru. Peserta didik dapat menganalisis peranan larutan penyangga dalam tubuh makhluk hidup dan industri setelah melakukan diskusi kelompok. Peserta didik mampu merancang percobaan larutan penyangga setelah melakukan diskusi kelompok. Peserta didik mampu melakukan percobaan larutan penyangga berdasarkan perubahan pH yang terjadi pada penambahan sedikit asam, basa atau dengan pengenceran setelah memperhatikan penjelasan dari guru. Peserta didik dapat menyajikan hasil percobaan larutan penyangga setelah melakukan diskusi kelompok. Peserta didik mampu membuat laporan hasil percobaan larutan penyangga setelah melakukan diskusi kelompok.
Peta Konsep Larutan Penyangga menerangkan
Sifat larutan penyangga
Asam lemah
Komponen larutan penyangga
Peranan larutan penyangga
terdiri dari
dalam
Larutan penyangga asam
Larutan penyangga basa
mengandung
mengandung
Basa konjugasi
Basa lemah
v
Tubuh
Asam konjugasi
Industri
Tahukah kalian? pH darah di dalam tubuh makhluk hidup selalu berkisar 7,4. Hal ini karena semua cairan tubuh merupakan larutan penyangga yang menjaga agar pH darah selalu konstan saat proses metabolisme berlangsung. Larutan penyangga yang terdapat di dalam plasma darah manusia dan hewan dapat dibuktikan. Jika kedalam 1 L darah normal (pH = 7,4) dimasukkan 0,01 mol HCI, pH-nya berubah menjadi 7,2 (terjadi penurunan 0,2). Padahal, jika 0,01 mol HCI dimasukkan kedalam 1 L larutan yang isotonic dengan darah, seperti larutan NaCI, pH larutan berubah dari 7 menjadi 2. Oleh karenanya, berbagai obat yang dimasukkan kedalam tubuh seperti cairan obat suntik, cairan infus, dan obat tetes mata dibuat mendekati pH cairan tubuh. Larutan penyangga yang berperan di dalam tubuh manusia diantaranya penyangga hemoglobin, penyangga karbonat, dan penyangga fosfat.
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).
Apa saja komponen-komponen larutan penyangga, bagaimana penentuan pH larutan penyangga, dan mengapa dapat mempertahankan pH? Untuk menjawabnya pada bab ini akan dibahas tentang larutan penyangga, sifat-sifat larutan penyangga, dan fungsi dalam kehidupan sehari-hari. A. Komponen Larutan Penyangga Jika ke dalam larutan yang mengandung CH3COOH dan CH3COONa, atau NH3 dengan NH4Cl ditambahkan sedikit asam atau basa, akan didapatkan harga pH seperti yang tertera pada Tabel 1.1.
1
Tabel 1.1. pH larutan sebelum dan sesudah ditambahkan larutan asam dan basa. No.
Jenis Zat
Volume
pH
pH setelah ditambah 1 mL
awal
HCl 0,1M
NaOH 0,1M
1.
Air
10 mL
7
3,0
11,0
2.
CH3COOH dan CH3COONa
10 mL
4,74
4,73
4,75
3.
NH3 dan NH4Cl
10 mL
9,27
9,30
9,32
Pada data percobaan tersebut campuran yang terdiri dari larutan CH3COOH dan CH3COONa, juga larutan NH3 dan NH4Cl pHnya hampir tidak berubah setelah ditambah sedikit asam maupun sedikit basa. Kedua jenis campuran tersebut merupakan contoh larutan penyangga. Pada Tabel 1.1 terdapat dua macam larutan penyangga yaitu campuran antara larutan CH3COOH dengan CH3COONa, dan larutan NH3 dengan NH4Cl. Zat apa dari campurancampuran tersebut yang membentuk larutan penyangga? Pada campuran CH3COOH dengan CH3COONa yang membentuk larutan penyangga adalah CH3COOH yang bersifat asam lemah dengan CH3COO‾ yang
berasal dari
CH3COONa. CH3COO‾ adalah basa konjugasi dari CH3COOH, maka komponen larutan penyangga ini adalah CH3COOH dan CH3COO‾. Pada campuran NH3 dan NH4Cl yang membentuk larutan penyangga adalah NH3 yang bersifat basa lemah dengan NH4+ dari NH4Cl. NH4+ adalah asam konjugasi dari NH3, maka komponen larutan penyangga ini adalah NH3 dengan NH4+. Berdasarkan ini, dapat disimpulkan:
Larutan penyangga adalah larutan yang memiliki kemampuan untuk mempertahankan perubahan pH ketika sedikit asam atau basa ditambahkan ke dalam larutan tersebut (Sunarya, 2012). 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.
Sifat larutan penyangga yang dapat mempertahankan pHnya jika ditambahkan sedikit asam atau basa, dapat dilihat pada Gambar 1.1 yang merupakan tabel dan grafik titrasi CH3COOH dengan NaOH.
2
Mari Berfikir
Setelah mempelajari materi diatas mari kita perhatikan pada Gambar 1.1 grafik antara A dan B, pHnya hampir tidak berubah walaupun penambahan basa tetap dilakukan. Apa penyebabnya? Coba kita reaksikan CH3COOH dengan NaOH dengan volumen diantara 10 sampai dengan 20 mL. Reaksi : CH3COOH(aq) + NaOH–(aq) → CH3COONa(aq) + H2O(l) Selama penambahan NaOH pada campuran akan terbentuk CH3COONa dan sisa asam CH3COOH. Campuran CH3COOH dengan CH3COONa menghasilkan larutan penyangga. Setelah CH3COOH habis bereaksi dengan NaOH tidak terjadi larutan penyangga sehingga pH pada titrasi melonjak naik.
Gambar 1.1 Grafik perubahan asam lemah dengan basa kuat pada titrasi 25 ml CH 3COOH 0,1 M ditambahkan NaOH 0,1 M.
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
3
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 1.2 Perbandingan larutan bukan 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.
Mari Berdiskusi Untuk lebih memahami tentang larutan penyangga dan larutan bukan penyangga mari diskusikan beberapa larutan berikut ini manakah yang termasuk kedalam larutan penyangga dan larutan bukan penyangga serta berikan penjelasannya !
Diskusi dilakukan sesuai dengan kelompok masing-masing dan diskusi dilakukan melalui aplikasi schoology.
4
B. Pembentukan Larutan Penyangga 1. Larutan penyangga asam merupakan campuran antara asam lemah (HA) dan basa konjugasinya (A–).Persamaan umum reaksinya dapat dituliskan sebagai berikut.
⃑⃑⃑ H+(aq) + A–(aq) HA(aq) ← Asam lemah
basa konjugasi
Larutan penyangga asam dapat dibuat dengan cara mencampurkan larutan asam lemah dengan basa konjugasinya, misalnya campuran CH3COOH dan NaCH3COO. Larutan penyangga asam mempertahankan pH pada daerah asam (pH < 7), contoh CH3COOH/CH3COO–. Larutan penyangga asam juga dapat dibuat dengan cara mereaksikan asam lemah dengan basa kuat dengan syarat pada akhir reaksi ada sisa asam lemah, sedangkan basa kuat habis bereaksi. CH3COOH(aq) + NaOH(aq) CH3COONa(aq) + H2O(l) Karena NaOH habis bereaksi dan ada sisa CH3COOH, pada akhir reaksi terdapat campuran CH3COOH dan CH3COONa yang merupakan komponen pembentuk larutan penyangga. Dalam larutan, campuran itu akan membentuk kesetimbangan sebagai berikut:
⃑⃑⃑ CH3COO‾ (aq) + H+(aq) CH3COOH(aq) ← Apabila ditambahkan sedikit asam (H+) atau basa (OH-) ke dalam larutan tersebut, akan terjadi reaksi berikut. a) Jika ditambahkan asam maka ion H+ dari asam akan bereaksi dengan ion CH3COOmembentuk CH3COOH, dan kesetimbangan bergeser ke kiri. Reaksinya : CH3COO‾ (aq) + H+(aq) CH3COOH(aq) b) jika ditambahkan basa, ion OH- akan dinetralkan oleh CH3COOH. Basa bereaksi dengan asam membentuk air, dan kesetimbangan bergeser ke kanan. Reaksinya: CH3COOH(aq) + OH‾ (aq) CH3COO‾ (aq) + H2O(l) 2. Larutan penyangga basa merupakan campuran larutan 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
5
Larutan penyangga basa dapat dibuat dengan cara mencampur larutan basa lemah dengan asam konjugasinya, misalnya campuran NH4OH dan NH4Cl (komponen penyangganya NH4OH dan NH4+). Larutan penyangga basa juga dapat dibuat dengan cara mereaksikan basa lemah dengan asam kuat dengan syarat akhir reaksi terdapat sisa basa lemah, sedangkan asam kuat habis bereaksi. NH4OH(aq) + HCl(aq) NH4Cl(aq) + H2O(l) Karena HCl habis bereaksi dan terdapat sisa NH4OH, pada akhir reaksi terdapat campuran NH4OH dan NH4+ (asam konjugasi dari NH4OH). Dalam larutan, campuran ini akan membentuk kesetimbangan sebagai berikut:
⃑⃑⃑ NH4+(aq) + OH‾ (aq) NH4OH(aq) ← Apabila ditambahkan sedikit asam (H+) atau basa (OH-) ke dalam larutan tersebut, akan terjadi reaksi berikut. a) Jika ditambahkan asam maka ion H+ akan dinetralkan oleh basa. Kesetimbangan bergeser ke kanan, asam bereaksi dengan basa membentuk asam lemah. Reaksinya : NH3 (aq) + H+(aq) NH4+(aq) b) Jika ditambahkan basa, ion OH - akan bereaksi dengan ion NH4+. Kesetimbangan bergeser ke kiri, basa bereaksi dengan asam membentuk air. Reaksinya : NH4+ (aq) + OH‾ (aq) NH3 (aq) + H2O(l) Contoh soal Apakah terbentuk larutan penyangga jika 100 mL CH3COOH 0,5 M direaksikan dengan 200 mL NaOH 0,2 M? Penyelesaian : CH3COOH (aq) + NaOH (aq) H2O (l) CH3COONa (aq) + Mula-mula 50 mmol 40 mmol reaksi 40 mmol 40 mmol 40 mmol 40 mmol sisa 10 mmol 40 mmol 40 mmol Setelah bereaksi terdapat campuran antara CH3COOH dengan CH3COONa sehingga
terjadi larutan penyangga CH3COOH/ CH3COO-.
Mari Berdiskusi Setelah kita mempelajari pembentukan larutan penyangga, agar lebih paham silahkan lakukan diskusi dengan kelompok kalian masing-masing melalui aplikasi schoology. Apakah terjadi larutan penyangga pada campuran-campuran berikut ini: 1. 100 mL CH3COOH 0,1 M dengan 100 mL NaOH 0,1 M. 2. 100 mL CH3COOH 0,1 M dengan 200 mL NaOH 0,1 M.
6
3. 100 mL NH3 0,1 M dengan 100 mL HCl 0,05 M. 4. 100 mL NH3 0,1 M dengan 200 mL HCl 0,01 M. 5. 100 mL H2CO3 0,2 M dengan 100 mL NaOH 0,1 M.
C. 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 CH3COOKenaikan molaritas CH3COO- hanya menggeser harga tetapan kesetimbangan sedikit sekali, sehingga dapat dirumuskan: K a =
[CH3 COOH][H+ ] [CH3COO− ]
atau dapat dituliskan [H + ] =
Ka [CH3 COOH] [CH3 COO− ]
Karena pH = - log [H+] dan pK a = - log K a , maka: − log[H + ] = − log K a − log Sehingga pH = pK a − log
[CH3 COOH][H + ] [CH3 COO− ]
[CH3 COOH][H+ ] [CH3 COO− ]
Secara umum, pH larutan penyangga asam dapat dirumuskan: [nHA]
pH = pK a − log [nA−] Dengan pH Ka
= derajat keasaman larutan penyangga = tetapan ionisasi asam
nHA = jumlah mol asam lemah HA nA-
= jumlah mol basa konjugasi A-
Contoh soal 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. Penyelesaian : Jumlah mol basa konjugasi (CH3COO-) diperoleh dari garam CH3COONa
⃑⃑⃑ CH3COO- (aq) + Na+(aq) CH3COONa (aq) ← Mula-mula:
0,4 mol
Reaksi
:
0,4 mol
Akhir
:
0
-
-
0,4 mol
0,4 mol
0,4 mol
0,4 mol
7
pH larutan penyangga dapat dihitung sebagai berikut: pH = pK a – log
[CH3 COOH] [CH3 COO− ]
pH = -log (1,8x10-5) – log
0,25 0,4
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: [OH − ] =
Kb[NH3] [NH4+]
Karena pOH = - log [OH-] dan pK b = - log K b , maka: − log[OH − ] = − log K b − log
[NH3 ] [NH4 +]
[NH ]
Sehingga pOH = pK b − log [NH3] 4
Secara umum, pOH larutan penyangga basa dapat dirumuskan pH = pK b − log
[nBH ] nB −
Dengan pOH = derajat kebasaan larutan penyangga Kb
= tetapan ionisasi basa
nBH = jumlah mol basa lemah nB-
= jumlah mol basa konjugasi B-
Contoh soal Hitunglah pH suatu larutan penyangga yang mengandung NH4Cl 0,2 mol dan NH3 0,15 mol jika pK b NH3 = 4,74. Penyelesaian : Jumlah mol asam konjugasi (NH4+) diperoleh dari ionisasi NH4Cl
⃑⃑⃑ NH4+ (aq) + Cl- (aq) NH4Cl (aq) ← Mula-mula: 0,2 mol
-
-
Reaksi
: 0,2 mol
0,2 mol
0,2 mol
Akhir
:
0,2 mol
0,2 mol
0
pOH larutan penyangga dapat ditentukan sebagai berikut:
8
nB
pOH= pK b − log nBH+ pOH = 4,74 – log
0,15 0,2
pOH = 4,86 pH = 14 – pOH pH = 14 – 4,86 pH = 9,14. Jadi, larutan penyangga basa NH3/NH4+ memiliki pH sebesar 9,14. (Utami, 2009)
Latihan 1. Untuk lebih memahami tentang perhitungan pH larutan penyangga. Mari kita berlatih menyelesaikan soal-soal berikut ini : 1. Hitunglah pH larutan yang terdiri dari campuran 50 mL CH3COOH 0,1 M dan 50 mL CH3COONa 0,1 M. Ka = 1,7.10-5. 2. Tentukan pH campuran antara 400 mL NH3 0,1 M dengan 400 mL larutan (NH4)2 SO4 0,05 M. Jika Kb NH3 = 1,8.10-5. 3. Hitunglah pH larutan jika 100 mL NH3 0,2 M dicampurkan dengan 100 mL HCl 0,1 M. Kb NH3 = 1,8.10-5.
D. Pengaruh pengenceran dan penambahan sedikit asam atau basa pada larutan penyangga Bagaimana pengaruh pengenceran pada pH larutan penyangga? Pengenceran atau penambahan air akan memperbesar volume kompone-komponen larutan penyangga. Untuk mengetahui pHnya perhatikan contoh soal berikut.
Contoh soal Ke dalam larutan penyangga yang terdiri dari 200 mL NH3 0,6 M dengan 300 mL NH4Cl 0,3 M (Kb NH3 = 1,8.10-5) ditambahkan air sebanyak 500 mL. Tentukan pH larutan mulamula dan setelah di tambah 500 mL air. Penyelesaian : pH mula-mula Jumlah mol NH3 = 0,6 M x 200 mL = 120 mmol = 0,12 mol Jumlah mol NH4+ = 0,3 M x 300 mL = 90 mmol = 0,09 mol Volume campuran = 200 mL + 300 mL = 500 mL = 0,5 L
9
[NH3 ] =
0,12 mol 0,5 L
= 0,24 M [NH4+ ] =
[OH − ] = 1,8. 10−5
0,09 mol = 0,18 M 0,5 L
(0,24) = 2,4. 10−5 M (0,18)
pOH = − log 2,4. 10−5 pOH = 4,62 pH = 14 − 4,62 = 9,38 Jadi, pH mula-mula adalah 9,38. pH setelah di tambah 500 mL air volume campuran menjadi 1.000 mL = 1 L 0,12 mol = 0,12 M 1L 0,09 mol [NH4+ ] = = 0,09 M 1L (0,12) [OH − ] = 1,8. 10−5 = 2,4. 10−5 M (0,09) [NH3 ] =
pOH = − log 2,4. 10−5 pOH = 4,62 pH = 14 − 4,62 = 9,38 Jadi, pH setelah ditambah 500 mL adalah 9,38.
Bagaimana pengaruh penambahan sedikit asam atau basa pada pH larutan penyangga? Untuk mengetahuinya perhatikan contoh soal berikut.
Contoh soal Larutan penyangga yang terdiri dari 50 mL CH3COOH 0,1 M dengan 50 mL CH3COONa 0,1 M (Ka = CH3COOH = 1,7.10-5) mempunyai pH = 4,76. Berapa pH larutan setelah ditambah 1 mL HCl 0,1 M. Penyelesaian : Pada larutan penyangga terdapat CH3COOH dan CH3COO-. Pada penambahan HCl, ion H+ dari HCl akan bereaksi dengan CH3COO- membentuk CH3COOH sehingga jumlah mol CH3COOH akan bertambah sedangkan CH3COO- akan berkurang. Perhitungannya:
10
Jika H+ yang ditambahkan = 0,0001 mol maka akan bereaksi dengan 0,0001 mol CH3COO dan membentuk 0,0001 mol CH3COOH. Jumlah komponen sebelum Jumlah komponen sesudah CH3COOH = 0,005 mol CH3COOH =0,005 + 0,0001 = 0,0051 mol CH3COO = 0,005 mol CH3COO- = 0,005 – 0,0001 = 0,0049 mol Volume campuran = 100 mL + 1 mL = 0,101 L [CH3 COOH] =
0,0051 mol = 0,051 M 0,101 L
[CH3 COO− ] =
0,0049 mol = 0,049 M 0,101 L
[H + ] = 1,7.10−5
(0,051) = 1,77.10−5 M (0,049)
pH = 5 − log 1,77 = 4,75. Dalam larutan buffer seperti pada contoh soal ada penurunan pH (larutan menjadi lebih asam) sebagai hasil dari penambahan HCl. pH mula-mula = 4,76, sedangkan pH setelah ditambah sedikit HCl pH berubah menjadi = 4,75. Jadi selisih pH sangat kecil maka dianggap pH tidak berubah. Untuk membandingkan efektivitas buffer CH3COOH/ CH3COONa mari kita temukan apa yang akan terjadi jika 0,0001 mol HCl ditambahkan ke 1 L air, dan bandingkan peningkatan konsentrasi ion H+. Sebelum penambahan HCl = [H+] = 1,0.10-7 M Setelah penambahan HCl = [H+] = 1,0.10-4 M Sebagai hasil dari penambahan HCl, konsentrasi ion H+ meningkat dengan selisih 1,0 . 10−4 M = 1,0 . 103 1,0 . 10−7 M Peningkatan tersebut sebesar seribu kali lipat. Perbandingan ini menunjukkan bahwa larutan penyangga yang dipilih dengan benar dapat mempertahankan konsentrasi ion H+ yang cukup konstan atau pH relatif tetap (Gambar 1.3).
Berdasarkan perhitungan pada contoh diatas dapat disimpulkan bahwa : 1. Larutan penyangga dapat mempertahankan pH jika ditambahkan sedikit asam atau basa 2. pH larutan penyangga tidak berubah jika larutan diencerkan.
11
Latihan 2. Untuk lebih memahami tentang penambahan asam, basa atau pengenceran pada larutan penyangga. Mari kita berlatih menyelesaikan soal-soal berikut ini : 1. Perubahan pH jika 5,0 mL larutan NaOH 0,10 M ditambahkan ke dalam 50,00 mL larutan penyangga yang terdiri atas CH3COOHNa 0,255 M dan CH3COOH 0,320 M adalah... (pka CH3COOH = 4,76 ) 2. Pada suatu hari, Andika melakukan percobaan dengan menambahkan sebanyak 100 mL larutan NH4OH 0,1 M dan 100 mL larutan NH4Cl 0,1 M ke dalam gelas kimia. Lalu Ia ingin mereaksikan larutan tersebut dengan 50 mL larutan HCl 0,1M. Jika diketahui Kb=10-5, maka pH larutan adalah … 3. Suatu larutan penyangga dibuat dengan mencampurkan 50 mL larutan HCOOH 1 M dengan 50 mL
HCOONa 1 M. (Ka CHOOH = 1,8 x 10-4), jika kedalam larutan
ditambahkan 10 mL larutan H2SO4 0,1 M , maka pH larutan tersebut adalah ...
Latihan soal ! Untuk menguji pemahaman kalian, silahkan buka aplikasi schoology dan kerjakan latihan soal yang ada di folder “perhitungan pH larutan penyangga”. Sebelum mengerjakan pelajari lagi soal-soal perhitungan pH yang ada dan kerjakan latihan soal secara sungguh-sungguh.
E. Kapasitas Larutan Penyangga Kapasitas penyangga mengacu pada jumlah asam atau basa yang dapat ditambahkan ke dalam larutan penahan sebelum terjadi perubahan pH yang besar. Pada umumnya, kapasitas maksimum untuk menahan perubahan pH terjadi jika konsentrasi-konsentrasi asam (basa) lemah dan basa (asam) konjugasinya dijaga tetap tinggi atau kurang lebih sama satu sama lain. Larutan penyangga mempunyai kapasitas maksimum pada pH = pKa (pOH = pKb). Hal ini berarti larutan penyangga efektif pada daerah pK a − 𝑙𝑜𝑔
𝑎
< pH < pK a + 𝑙𝑜𝑔 𝑔
𝑎 𝑔
untuk larutan penyangga asam, sedangkan untuk larutan penyangga basa efektif pada daerah pK b − 𝑙𝑜𝑔
𝑎 𝑔
< pOH < pK b + 𝑙𝑜𝑔
𝑎 𝑔
. Bilamana perbandingan konsentrasi asam/basa
konjugasi terhadap elektrolit lemahnya lebih kecil dari 0,10 atau lebih besar dari 10, larutan penahan akan kehilangan keefektifannya. Hal ini karena log 0,10 = -1 dan log 10 = +1, maka selang penahan efektif adalah kira-kira satu unit pH di atas atau di bawah nilai pK. Untuk larutan penahan asam asetat-natrium asetat, selang efektif adalah di antara pH 3,76 sampai
12
5,76, sedangkan untuk ammonia-amonium klorida, sekitar pH 8,24 sampai 10,24 (Petrucci, 1987). F. Peranan larutan penyangga 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 CO 2 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. Reaksireaksi 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). Tanpa larutan penyangga, tubuh manusia dapat mengalami asidosis dan alkalosis yang menyebabkan kerusakan jaringan dan organ.
13
Asidosis adalah penurunan pH darah yang disebabkan oleh metabolisme tubuh yang terlalu tinggi karena diabetes mellitus, penyakit ginjal, diare, dan konsumsi makanan berprotein berlebihan.
Alkalosis adalah peningkatan pH darah yang disebabkan hiperventilasi karena sedikitnya kadar oksigen di lingkungan, dan gas karbondioksida yang dilepas terlalu banyak.
Mari Berdiskusi Setelah mempelajari materi peranan larutan penyangga dalam kehidupan sehari-hari. Silahkan lakukan diskusi dengan kelompok kalian masing-masing melalui aplikasi schoology. Diskusikan mengenai peranan larutan penyangga dalam kehidupan sehari-hari, pilihlah satu pengaplikasian tersebut kemudian buatlah artikel mengenai peranan larutan penyangga yang kalian pilih, untuk grup yang sudah menentukan apa yang akan dibuat artikel silahkan dituliskan judulnya pada kolom komentar dalam aplikasi schoology agar judul tersebut tidak sama dengan kelompok yang lain.
Tahukah kamu?
Larutan penyangga terdapat pada shampo bayi. Rambut tersusun dari protein keratin. Ikatan kimia pada protein rambut, antara lain ikatan hidrogen dan ikatan disulfida. Ikatan tersebut stabil pada pH 4,6 – 6,0. pH sampo yang terlalu tinggi atau rendah akan memutuskan ikatan pada protein rambut. Akibatnya, rambut dapat rusak. sampo dengan pH seimbang mengandung larutan penyangga supaya pH sampo sama dengan pH rambut. Bayi memiliki rambut yang lebih halus, daripada rambut orang dewasa. Selain itu, kelenjar minyak dan keringat pada kulit kepala bayi belum berfungsi sempurna. Oleh karena itu, sampo bayi harus mengandung sedikit bahan aktif dan memiliki pH seimbang. Alasan lain untuk memilih sampo bayi dengan pH seimbang ialah sampo tidak pedih jika terkena mata. (https://aqshaiqranadyaman9jkt.blogspot.com/2015/03/v-behaviorurldefaultvmlo.html)
14
DAFTAR PUSTAKA Chang, R.& Overby. 2011. General Chemistry (The Essential Concept) Sixth Edition. McGraw-Hill Companies, Inc. https://aqshaiqranadyaman9jkt.blogspot.com/2015/03/v-behaviorurldefaultvmlo.html diakses 1 januari 2020 pukul 09.15 WIB. 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.
15