Untuk beberapa tujuan, kita membutuhkan larutan yang harus memiliki pH konstan. Banyak reaksi, terutama reaksi biokimia, harus dilakukan pada pH konstan. Tetapi diamati bahwa larutan dan bahkan air murni (pH = 7) tidak dapat mempertahankan pH konstan untuk waktu yang lama. Jika larutan bersentuhan dengan udara, larutan akan menyerap CO2 dan menjadi lebih asam. Jika larutan disimpan dalam botol kaca, kotoran alkali larut dari kaca dan larutan menjadi basa.
Larutan yang pH-nya tidak banyak berubah dengan penambahan sejumlah kecil asam (ion H+) atau basa (ion OH-) disebut larutan penyangga. Ini juga dapat didefinisikan sebagai larutan yang menahan perubahan pH pada penambahan sejumlah kecil asam atau alkali.
Karakteristik Umum Larutan Penyangga
(i) Memiliki pH yang pasti.
(ii) pH-nya tidak berubah saat disimpan lama.
(iii) pH-nya tidak berubah pada pengenceran.
(iv) pH-nya sedikit berubah oleh penambahan sejumlah kecil asam atau basa.
Larutan penyangga dapat diperoleh:
(i) dengan mencampurkan asam lemah dengan garamnya yang bersifat basa kuat, misalnya,
(a) CH3COOH + CH3COONa
(b) Asam borat + Boraks
(c) Asam ftalat + Asam kalium ftalat
(ii) dengan mencampurkan basa lemah dengan garamnya yang bersifat asam kuat,
misalnya,
(a) NH4OH + NH4Cl
(b) Glisin + Glikin hidroklorida
(iii) dengan larutan amfolit. Amfolit atau elektrolit amfoter adalah zat yang menunjukkan sifat asam dan basa. Protein dan asam amino adalah contoh elektrolit tersebut.
(iv) dengan campuran garam asam dan garam normal dari asam polibasa, misalnya, Na2HPO4 + Na3PO4 atau garam asam lemah dan basa lemah, seperti CH3COONH4. Jenis pertama dan kedua juga disebut buffer asam dan basa masing-masing.
Mekanisme Larutan Penyangga
(1) Penyangga asam
Misalkan suatu campuran larutan asam asetat dan natrium asetat. Asam asetat terionisasi lemah sedangkan natrium asetat hampir sepenuhnya terionisasi. Oleh itu, campuran larutan mengandung molekul CH3COOH , ion CH3COO-, ion Na+, ion H+ dan ion OH-. Jadi, kita memiliki kesetimbangan berikut dalam larutan:
CH3COOH ⇌ CH3COO- + H+ (terionisasi lemah)
CH3COONa ⇌ CH3COO- + Na+ (terionisasi sempurna)
H2O ⇌ H+ + OH- (terionisasi sangat lemah)
Ketika setetes asam kuat, katakanlah HCl, ditambahkan, ion H+ yang dilepaskan oleh HCl bereaksi dengan ion CH3COO- untuk membentuk CH3COOH (terionisasi lemah) yang ionisasinya lebih lanjut ditekan karena efek ion umum. Dengan demikian, akan ada efek yang sangat kecil dalam konsentrasi ion H+ atau nilai pH secara keseluruhan.
Ketika setetes NaOH ditambahkan, ia akan bereaksi dengan asam bebas untuk membentuk molekul air yang tidak terdisosiasi.
CH3COOH + OH- ⇌ CH3COO- + H2O
Dengan demikian, ion OH- yang dilepaskan oleh basa bereaksi dengan CH3COOH dan pH larutan praktis tidak berubah.
(2) Penyangga basa
Misalkan suatu larutan yang mengandung campuran NH4OH dan garamnya NH4Cl. Dalam campuran larutan akan memiliki molekul NH4OH, ion NH4+, ion Cl-, ion OH- dan ion H+.
NH4OH ⇌ NH4+ + OH- (terionisasi lemah)
NH4Cl ⇌ NH4+ + Cl- (terionisasi sempurna)
H2O ⇌ H+ + OH- (terionisasi sangat lemah)
Ketika setetes NaOH ditambahkan, ion OH- yang ditambahkan bergabung dengan ion NH4+ untuk membentuk NH4OH yang terionisasi lemah yang ionisasinya lebih lanjut ditekan karena efek ion yang umum. Dengan demikian, pH tidak terlalu terganggu.
NH4+ + OH- ⇌ NH4OH
Ketika setetes HCl ditambahkan, ion H+ yang ditambahkan bergabung dengan NH4OH untuk membentuk molekul air yang tidak terdisosiasi.
NH4OH + H+ ⇌ NH4+ + H2O
Dengan demikian, pH buffer praktis tidak terpengaruh.
Persamaan Henderson’s (pH larutan buffer)
(i) Penyangga asam: Terdiri dari campuran asam lemah dan garamnya (basa kuat). Ionisasi asam lemah, HA, dapat ditunjukkan dengan persamaan berikut:
HA ⇌ H+ + A-
Tetapan ionisasi asam (Ka) dari HA yaitu:
atau
Dapat diasumsikan bahwa dengan kehadiran garam BA maka konsentrasi ion A-dari ionisasi sempurna garam BA terlalu besar untuk dibandingkan dengan konsentrasi ion A- dari asam HA. Sehingga konsentrasi ion A- hasil penguraian HA diabaikan (karena relatif sangat kecil jika dibandingkan konsentrasi ion A- hasil penguraian BA).
BA ⇌ B+ + A-
Jadi, [HA] merupakan konsentrasi awal asam dan [A-] merupakan konsentrasi ion A- pada garam. Jadi:
Persamaan ini dikenal sebagai persamaan Henderson.
Ketika [garam]/[asam] = 10, maka
pH = pKa + 1
Dan ketika [garam]/[asam] = 1/10, maka
pH = pKa - 1
Jadi, asam lemah dapat digunakan untuk menyiapkan larutan buffer yang memiliki nilai pH yang berada dalam kisaran pKa + 1 dan pKa - 1. Asam asetat memiliki pKa sekitar 4,8; oleh karena itu, dapat digunakan untuk membuat larutan buffer dengan nilai pH kira-kira berada dalam kisaran 3,8 hingga 5,8.
(i) Penyangga basa: Terdiri dari campuran basa lemah dan garamnya (asam kuat). Ionisasi basam lemah, BOH, dapat ditunjukkan dengan persamaan berikut:
BOH ⇌ B+ + OH-
Tetapan ionisasi basa (Kb) dari BOH yaitu:
atau
Dapat diasumsikan bahwa dengan kehadiran garam BA maka konsentrasi ion B+ dari ionisasi sempurna garam BA terlalu besar untuk dibandingkan dengan konsentrasi ion B+ dari basa BOH. Sehingga konsentrasi ion B+ hasil penguraian BOH diabaikan (karena relatif sangat kecil jika dibandingkan konsentrasi ion B+ hasil penguraian BA).
BA ⇌ B+ + A-
Jadi, [BOH] merupakan konsentrasi awal basa dan [B+] merupakan konsentrasi ion B+ pada garam. Jadi:
Kapasitas Buffer
Kemampuan larutan buffer untuk menahan perubahan nilai pH-nya dikenal sebagai kapasitas buffer. Jika rasio [garam]/[asam] atau [garam]/[basa] adalah 1, pH buffer tidak berubah sama sekali. Kapasitas buffer didefinisikan secara kuantitatif sebagai jumlah mol asam atau basa yang ditambahkan dalam satu liter larutan untuk mengubah pH sebanyak 1 satuan.
Dimana,
ะค = kapasitas buffer
∂b = jumlah mol asam atau basa yang ditambahkan ke 1 liter larutan
∂(pH) = perubahan pH
Kapasitas buffer adalah maksimum ketika:
(i) [garam] = [asam], pH = pKa untuk penyangga asam
(ii) [garam] = [basa], pOH = pKb untuk penyangga basa
Dalam kondisi seperti di atas, buffer disebut efisien
Tidak ada komentar:
Posting Komentar