Kegiatan Belajar 2

Hidrolisis Garam dan Larutan Buffer

Capaian Pembelajaran

Menguasai konsep hidrolisis garam dan larutan buffer

Sub Capaian Pembelajaran

1. Mampu menjelaskan pengertian hidrolisis garam berdasarkan bahan ajar dengan

benar

2. Mampu menganalisis garam-garam yang tidak mengalami hidrolisis melalui model

yangsajikan dengan benar

3. Mampu menganalisis garam-garam yang mengalami hidrolisis parsial melalui model

yang sajikan dengan benar

4. Mampu menganalisis garam-garam yang mengalami hidrolisis total dengan benar

5. Mampu menghitung pH dari larutan garam

6. Mampu memilih, merancang,menyiapkan percobaan untuk menentukan jenis garam

yang mengalami hidrolisis dengan benar.

7. Dapat menjelaskan konsep larutan buffer

8. Dapat membuat larutan buffer

9. Dapat menentukan pH larutan buffer

10. Dapat menentukan jumlah komponen larutan buffer pada pH tertentu

Pokok-pokok materi

A. Hidrolisis garam

1. Jenis larutan garam dan Konsep Hidrolisis

2. Sifat Larutan Garam

3. pH Larutan Garam

B. Larutan Buffer

1. Konsep larutan buffer

2. Menghitung perubahan pH buffer

3. Pembuatan larutan buffer pH tertentu

URAIAN MATERI

A. Hidrolisis Garam

1. JENIS LARUTAN GARAM DAN KONSEP HIDROLISIS

Garam adalah senyawa yang dihasilkan dari reaksi asam dan basa, kation dari basa akan

bereaksi dengan anion dari asam.Berdasarkan kekuatan asam dan basa pembentuknya

maka garam dapat dibagi atas 4 bagian yaitu :

a. Garam yang berasal dari asam kuat dan basa kuat

Contoh : HNO3(aq) + KOH(aq) KNO3(aq) + H2O(l)

b. Garam yang berasal dari asam kuat dan basa lemah

Contoh : HCl(aq + NH4OH(aq NH4Cl(aq + H2O(l)

c. Garam yang terasal dari basa kuat asam lemah

Contoh : NaOH(aq) + CH3COOH(aq) CH3COONa(aq) +H2O(aq)

d. Garam yang berasal dari asam lemah basa lemah

Contoh : CH3COOH(aq) + NH4OH(aq) CH3COONH4(aq) + H2O(aq)

Masih ingatkah saudara teori asam-basa Bronsted-Lowry?Menurut Bronsted-Lowry

anion dari asam kuat bersifat basa lemah, sedangkan anion dari asam lemah bersifat

sebagai basa kuat. Perhatikan reaksi berikut ini

HNO3(aq) + H2O (l) → H3O+(aq) + NO3

−(𝑎𝑞)

HNO3 danNO3− serta H2O dan H3O+ merupakan pasangan asam-basa konjugasi. Asam

nitrat (HNO3) dalam air terionisasi sempurna, HNO3 adalah asam kuat sehingga

anionnya(NO3−) bersifat basa lemah karena tidak dapat bereaksi dengan H3O+

membentuk HNO3kembali.

Perhatikan reaksi berikut ini

CH3COOH aq + H2O l ⇄ CH3COO− aq + H3O+(aq)

Asam asetat (CH3COOH) dalam air terionisasi sebagian. CH3COOHadalah asam lemah

sehingga anionnya (CH3COO−) bersifat basa kuat sehingga dapat menerima H+ dari

H3O+ membentuk CH3COOH kembali.

Perhatikan Gambar 1ini !

Gambar 1. Garam dapur (a) dan soda kue (b) (Dokumen Pribadi)

Garam dapur merupakan salah satu jenis garam yang digunakan sebagai penambah rasa

asin dan pengawet alami (Gambar 1a). Garam dapur yang kita gunakan untuk memasak

adalah natrium klorida dengan rumus kimia NaCl.Telah kita ketahui bahwa garam

terbentuk dari reaksi antara asam dan basa.Jika kita larutkan NaCl ke dalam air, maka

persamaan reaksinya sebagai berikut ini.

NaCl aq + H2O l → Na+ aq + Cl− aq + H2O l …………………………..(1)

asam Asam

konjugasi basa

Basa

konjugasi

(a) (b)

Sedangkan soda kue dengan rumus kimia NaHCO3 digunakan sebagai pengembang pada

pembuatan roti (Gambar 1b). NaHCO3 jika kita larutkan dalam air, maka persamaan

reaksinya sebagai berikut ini.

NaHCO3 aq + H2O l ⟶ H2CO3 aq + Na+ aq + OH− (aq)…………(2)

H2CO3akan mengalami reaksi kesetimbangan seperti berikut ini

H2CO3 aq ⇄ HCO3− aq + H+ aq ………………………………………(3)

Contoh garam yang lain seperti NH4Cldan NH4CN. NH4Cljika kita larutkan dalam air,

maka persamaan reaksinya sebagai berikut ini.

NH4Cl aq + H2O l ⟶ NH4OH aq + Cl− aq + H+ (aq)…………..(4)

NH4OHakan mengalami reaksi kesetimbangan seperti berikut ini

NH4OH aq ⇄ NH4+ aq + OH− aq ………………………………………(5)

Sedangkan NH4CN jika kita larutkan dalam air, maka persamaan reaksinya sebagai

berikut ini.

NH4CN aq + H2O l ⟶ NH4OH aq + HCN aq …………..………(6)

NH4OHdanHCN akan mengalami reaksi kesetimbangan seperti berikut ini

NH4OH aq ⇄ NH4+ aq + OH− aq …………………………………….…(7)

HCN aq ⇄ CN− aq + H+ aq ……………………………….(8)(Hiskia,2001)

Setelah saudara mengamati persamaan reaksi di atas, coba perhatikan Tabel 1 di bawah

ini

Tabel 1.pH larutan garam

No Larutan Garam Konsentrasi

(M) pH Sifat

1 NaCl 1 7 Netral

2 NaHCO3 1 8.8 Basa

3 NH4Cl 1 5.2 Asam

4 NH4CN 1 9.3 basa

5 CH3COONH4 1 5.3 Asam

Jika saudara amati persamaan reaksi berbagai macam jenis garam diatas dengan air,

apakah ada perbedaan diantara keempat reaksi tersebut? Kenapa demikian? Ada

berapa jenis larutan garam ? Berdasarkan Tabel 1, apa yang menyebabkan larutan

garam memiliki sifat yang berbeda?

Pada umumnya garam mudah larut dalam air. Garam merupakan elektrolit kuat. Jika

garam dilarutkan dalam air, garam tersebut akan terurai menjadi kation dan anionnya.

Ion-ion ini akan bereaksi dengan air maka dikatakan bahwa garam mengalami hidrolisis.

Hidrolisis merupakan istilah yang umum digunakan untuk reaksi zat dengan air, dimana

hidrolisis berasal dari kata hydro yang berarti air dan lysis yang berarti peruraian. Ada

larutan garam yang mengalami hidrolisis dan ada larutan garam yang tidak mengalami

hidrolisis.Apa perbedaan larutan garam yang mengalami hidrolisis dengan larutan

garam yang tidak mengalami hidrolisis?

Perhatikan reaksi di bawah ini

𝐂𝐇𝟑𝐂𝐎𝐎𝐇 𝐚𝐪 + 𝐍𝐚𝐎𝐇 𝐚𝐪 → 𝐂𝐇𝟑𝐂𝐎𝐎𝐍𝐚 𝐚𝐪 + 𝐇𝟐𝐎

𝐂𝐇𝟑𝐂𝐎𝐎𝐍𝐚 𝐚𝐪 + 𝐇𝟐𝐎 𝐥 → 𝐂𝐇𝟑𝐂𝐎𝐎𝐇 𝐚𝐪 + 𝐍𝐚 + 𝐚𝐪 + 𝐎𝐇 − 𝐚𝐪

Dimana 𝐂𝐇𝟑𝐂𝐎𝐎𝐇 akan mengalami reaksi kesetimbangan

𝐂𝐇𝟑𝐂𝐎𝐎𝐇 𝐚𝐪 ⇄ 𝐂𝐇𝟑𝐂𝐎𝐎 − + 𝐇 +

𝐂𝐇𝟑𝐂𝐎𝐎𝐍𝐚 𝐚𝐪 → 𝐍𝐚 + 𝐚𝐪 + 𝐂𝐇𝟑𝐂𝐎𝐎 − 𝐚𝐪

basa asam

garam

Larutan asam lemah

Larutan basa kuat

mengalami hidrolisis

tidak mengalami hidrolisis

kation

anion

ion-ion garam Terionisasi jika dilarutkan dalam air

Perhatikan reaksi di bawah ini !

𝐂𝐇𝟑𝐂𝐎𝐎𝐇 𝐚𝐪 + 𝐍𝐇𝟒𝐎𝐇 𝐚𝐪 → 𝐂𝐇𝟑𝐂𝐎𝐎𝐍𝐇𝟒 𝐚𝐪 + 𝐇𝟐𝐎

𝐂𝐇𝟑𝐂𝐎𝐎𝐍𝐇𝟒 𝐚𝐪 + 𝐇𝟐𝐎 𝐥 → 𝐂𝐇𝟑𝐂𝐎𝐎𝐇 𝐚𝐪 + 𝐍𝐇𝟒𝐎𝐇 𝐚𝐪

𝐂𝐇𝟑𝐂𝐎𝐎𝐇 dan 𝐍𝐇𝟒𝐎𝐇 akan mengalami reaksi kesetimbangan

𝐂𝐇𝟑𝐂𝐎𝐎𝐇 𝐚𝐪 ⇄ 𝐂𝐇𝟑𝐂𝐎𝐎 − 𝐚𝐪 + 𝐇 +(𝒂𝒒)

𝐍𝐇𝟒𝐎𝐇 𝐚𝐪 ⇄ 𝐍𝐇𝟒+ 𝐚𝐪 + 𝐎𝐇 −(𝒂𝒒)

𝐂𝐇𝟑𝐂𝐎𝐎𝐍𝐇𝟒 𝐚𝐪 → 𝐍𝐇𝟒+ 𝐚𝐪 + 𝐂𝐇𝟑𝐂𝐎𝐎 − 𝐚𝐪

Berdasarkan reaksi di atas, jawablah pertanyaan berikut ini

Reaksi antara larutan CH3COOH dan larutan NaOH akan

menghasilkan_________________________. Jika garam dilarutkan di dalam air akan

mengalami________________, menghasilkan_____________ dan ____________.

Na +adalah______________garam yang berasal dari basa______________ dan CH3COO–

adalah___________garam yang berasal dari asam___________. Menurut Bronsted-Lowry

CH3COO– merupakan anion dari_________________ yang bersifat

sebagai_________________, sehingga dapat menerima H+ membentuk CH3COOH

kembali.Pada reaksi 2 terlihat bahwa

kationgaram_________________________denganairsehingga_________________________

_________________sedangkananion garam_______________________dengan air

sehingga________________________.Hidrolisis ini disebut hidrolisis sebagian / parsial dan

ion OH – menandakan bahwa larutan bersifat______________.

basa

asam

garam

Larutan asam lemah Larutan basa lemah

Terionisasi jika dilarutkan dalam air

kation

anion

ion-ion garam

mengalami hidrolisis

Berdasarkan reaksi di atas, jawablah pertanyaan berikut ini

Reaksi antara larutan CH3COOH dan larutan NH4OH akan menghasilkan ____________.Jika

garam tersebut dilarutkan di dalam air akan mengalami________________,

menghasilkan_____________ dan ____________. 𝑁𝐻4+adalah______________garam yang

berasal dari basa______________ dan CH3𝐶𝑂𝑂– adalah___________garam yang berasal

dari asam___________. Menurut Bronsted-Lowry CH3COO– merupakan anion

dari_________________ yang bersifat sebagai_________________, sehingga dapat

menerima H+ membentuk CH3COOH kembali dan NH4+ merupakan kation

dari_________________ yang bersifat sebagai_________________, sehingga dapat

menerima OH − membentuk NH4OH kembali.Pada reaksi 2 kation maupun anion

garam_________________________dengan air sehingga mengalami hidrolisis. Hidrolisis ini

disebut dengan hidrolisis total dan pada reaksi 3 larutan asam dan basa mengalami reaksi

kesetimbangan sehingga larutan garam akan bersifat_________________

Garam

KCN

terionisasi terhidrolisis

Model1a (1) Model1a (2) Model 1a(3) Pelarut(air) LarutanKCN KCN hidrolisis

H2O

Ion H3O

Ion OH

Kristal

KCN

Ion K+

Molekul

HCN

Ion CN-

Contoh hidrolisis garam

Untuk lebih memahami tentang hidrolisis garam dan jenis-jenis garam, perhatikan dan

lengkapilah tabel di bawah ini !

Tabel 2 : Jenis garam dan asam basa penyusunnya

No Larutan

Garam

Basa Pembentuk Asam Pembentuk Apakah garam

terhidrolisis

( ya / tidak )

Rumus

Kimia Kuat/Lemah

Rumus

Kimia Kuat/Lemah

1 KCl ………. Kuat HCl ………. ……….

2 (NH4)2SO4 ………. Lemah H2SO4 ………. ……….

3 ………. KOH ………. HCN Lemah ……….

4 AlCl3 Al(OH)3 ………. ………. Kuat ……….

5 Ba(CN)2 Ba(OH)2 Kuat ………. ………. ……….

6 NH4F ………. Lemah ………. Lemah ……….

7 Al(NO3)3 Al(OH)3 Lemah ………. Kuat ……….

8 ………. LiOH Kuat HBr ………. ……….

9 KBr ………. ………. HBr Kuat ……….

10 ………. NaOH ………. HCN ………. ……….

11 ………. Mg(OH)2 ………. H2CO3 Lemah ……….

12 (NH4)2CO3 ………. ………. H2CO3 ………. ……….

13 NH4NO3 NH4OH ………. ………. Kuat ……….

14 ………. NaOH ………. H2SO4 ………. ……….

15 Ba(CH3COO)2 ………. Kuat CH3COOH ………. ……….

16 Al2(SO4)3 ………. ………. H2SO4 ………. ……….

17 ………. KOH ………. H2SO4 ………. ……….

Untuk lebih jelasnya silakan perhatikan video berikut ini. ..\Video dan Dokumen KB 4 -

Hidrolisis Garam\Chemistry - 3Sec - Hydrolysis of salt solutions - YouTube.MP4 Credit:

https://www.youtube.com/watch?v=XQ7z9GwhmHo

2. Sifat Larutan Garam

Setelah saudara mengetahui konsep hidrolisis dan jenis-jenis larutan garam, saudara

dapat melihat bahwa larutan garam ada yang terhidrolisis dan tidak terhidrolisis. Jenis

larutan garam dapat disimpulkan pada tabel 3 berikut ini.

Tabel 3. Jenis larutan garam

Asam Pembentuk

Basa Pembentuk

Terhidrolisis (ya/tidak)

Contoh

Kuat Kuat Tidak NaCl

Kuat Lemah Ya NH4Cl

Lemah Kuat Ya Na2CO3

Lemah Lemah Ya CH3COONH4

Reaksi antara asam dengan basa membentuk garam disebut reaksi penetralan.Akan

tetapi, reaksi penetralan tidaklah berarti membuat larutan garam menjadi netral.Salah

satu contohnya dalam kehidupan sehari-hari kita sering menjumpai sabun mandi.

Tahukah saudara bahwa sabun mandi tergolong garam dan sabun mandi bersifat basa ?

Mengapa demikian ? Apakah semua garam bersifat basa ?

Pada umumnya garam mudah larut dalam air. Dari uraian di atas, ternyata garam tidak

hanya bersifat netral, ada juga sifat larutan garam yang lain. Apa saja sifat-sifat larutan

garam tersebut ? Apa yang menyebabkan larutan garam memiliki sifat yang berbeda

?Untuk mengamati sifat-sifat garam, garam tersebut dilarutkan terlebih dahulu dalam

air sebelum diuji dengan kertas lakmus.

Untuk lebih jelasnya, silakan perhatikan video berikut ini. ..\Video dan Dokumen KB 4 -

Hidrolisis Garam\(7) 18.3 Salt hydrolysis (HL) - YouTube.MKV Credit:

https://www.youtube.com/watch?v=HVFiQVwLnYI

Untuk mengetahui sifat-sifat dari larutan garam ayo lakukan kerja laboratorium berikut

ini !

Tujuan Praktikum :Untuk mengetahui / menyelidiki sifat-sifat larutan garam

Alat:

1.Gelaskimia25mL4buah

2.Gelasukur5mL4buah

3.Pipettetes4buah

4.Batangpengaduk4buah

Bahan:

1.LarutanNaOH0,1M

2.LarutanHCl0,1M

3.LarutanNH3 0,1M

4.LarutanCH3COOH 0,1M

5.KertasIndikatorUniversal

Prosedur Kerja

Tabel HasilPengamatan:

GelasKimia

pHLarutanGaram

Sifat LarutanGaram

(Asam, Basa atauNetral) 1

2

3

4

3. pH LARUTAN GARAM YANG TERHIDROLISIS

pH merupakan fungsi negatif logaritma dari konsentrasi ion H+ dalam suatu larutan.

Untuk mengetahui pH suatu larutan banyak instrumen yang bisa kita

gunakan,misalnya dengan menggunakan kertas lakmus ( Gambar 3 ) dan pH meter (

Gambar 4 ) atau bisa juga menggunakan indikator buatan ( Gambar 5 ).

Berikut iniadalahbeberapa jenis dan sifatlarutangaram berdasarkan asam dan

basapembentuknya.

a. Larutangaramyangberasaldariasamkuatdanbasalemahbersifatasam(pH<7)

b. Larutangaramyangberasaldariasamlemahdanbasakuatbersifatbasa(pH>7)

c. Larutangaramyangberasaldariasamlemahdanbasalemah,sifatnyabergantung

PadahargaKaasamlemahdanKbbasalemahnya.

1) JikaKa>Kb,makalarutangaramnyabersifatasam

2) JikaKa=Kb,makalarutangaramnyabersifatnetral

3) JikaKa<Kb,makalarutangaramnyabersifatbasa

d. Larutangaramyangberasaldariasamkuatdanbasakuatbersifatnetral(pH=7)

Untuk mengetahui pH larutan garam kita juga bisa menggunakan instrumen-instrumen

tersebut seperti pada gambar 10 di bawah ini

Gambar 5.Kol merah sebagai indikator asam basa (chang, 2011)

Gambar 4.pH meter (silberbeg, 2009)

Gambar 3.Kertas lakmus (dokumen pribadi)

Namun, selain menggunakan instrumen tersebut kita juga bisa menghitung pH larutan

garam dengan cara perhitungan melalui data yang diketahui. Perhitungan tersebut

didasarkan pada reaksi kesetimbangan hidrolisis yang terjadi.

Tabel 4.pH berbagai jenis larutan garam

Perubahan harga pH air akibat pelarutan garam disebabkan karena reaksi hidrolisis ion

garam oleh air.Oleh karena itu dalam menentukan harga pH suatu larutan garam perlu

meninjau reaksi kesetimbangan hidrolisis yang terjadi. Berdasarkan hasil percobaan maka

di peroleh harga pH dari beberapa larutan garam dengan volume yang sama seperti yang

terdapat pada tabel 4. Pada tabel 4 dapat dilihat harga pH dari berbagai larutan garam

berdasarkan percobaan. Untuk lebih memahami materi ini, perhatikan video pada

..\Video dan Dokumen KB 4 - Hidrolisis Garam\Hydrolysis of Salts and pH of their

Solutions - YouTube.MP4 credit: https://www.youtube.com/watch?v=bNPT6fLC64k.

a. Garam yang berasal dari asam kuat dan basa lemah

Kh = tetapan hidrolisis garam

A+ + H2O ⇄ AOH + H+

No Jenis larutan garam Konsentrasi (

M )

pH Sifat larutan garam perhitungan

1 NaCl 0.5 7 Netral ( tidak

terhidrolisis ) 1 7

2 CH3COONa 0.5 9.23 Basa ( terhidrolisis

sebagian ) Ka CH3COOH = 1,8 x 10-5 1 9.36

3 NH4Cl 0.5 4.77 Asam ( terhidrolisis

sebagian ) Kb NH4OH = 1,8 x 10-5 1 4.64

4 CH3COONH4 0.5 7 Netral ( terhidrolisis

total) Ka CH3COOH = 1,8 x 10-5

Kb NH4OH = 1,8 x 10-5 1 7

Gambar 6.pH larutan garam dapat ditentukan dengan

menggunakan (a) indikator universal (b) pH meter (google.com)

(a) (b)

𝐾ℎ = AOH [H+]

A+

Kb = tetapan ionisasi basa lemah

AOH ⇄ A+ + OH−

𝐾𝑏 = A+ [OH−]

AOH

Kw = tetapan kesetimbangan air

H2O ⇄ H+ + OH−

𝐾𝑤 = H+ [OH−]

Contoh : Jika sebanyak 100 mL larutan NH4OH 0,15 M dicampurkan dengan

50 mL larutan HCl 0,3 M (Kb NH4OH= 10-5), maka pH campuran sebesar ?

Jawab : Jumlah mol NH₄OH = (100)(0,15) = 15 mmol

Jumlah mol HCl = (50)(0,3) = 15 mmol

Volum total = 100 + 50 = 150 ml

NH₄OH + HCl → NH₄Cl + H₂O

Mula 15 15 - -

Reaksi 15 15 15 15

Akhir - - 15 15

b. Garam yang berasal dari asam lemah dan basa kuat

Kh = tetapan hidrolisis garam

B− + H2O ⇄ BH + OH−

𝐾ℎ = BH [OH−]

B−

Ka = tetapan ionisasi asam lemah

BH ⇄ B− + H+

𝐾𝑎 = B− [H+]

BH

Kw = tetapan kesetimbangan air

H2O ⇄ H+ + OH−

𝐾𝑤 = H+ [OH−]

Contoh :

Diketahui :50 mL larutan NaOH 0,1 M dilarutakan dengan 50 ml CH3COOH 0,1 M (Ka

=1,8 .10-5 )

a. tentukan pH masing larutan sebelum dicampurkan

b. Tentukan pH setelah pencampuran

Jawab :

a) Sebelum dicampurkan

CH3COOH 0,1 M

Ka = 1,8. 10-5

[H+] = √ 1,8.10-5 ×10-1 = 4,24 10-3 M

pH = -log 4,24× 10-3 = 2,87

b) Setelah dicampurkan

Mmol NaOH =0,1x50=5Mmol

Mmol CH3COOH = 0,1x 50=5Mmol

NaOH + CH3COOH ⇒ CH3COONa + H2O

Mula-mula` :5 MmoL 5MmoL

beraksi :5MmoL 5 MmoL 5MmoL 5MmoL

sisa : - - 5 MomL 5MmoL

[OH-]= √kw / ka x M CH3COONa

= √10-14 /1,8x10-5 x 5 Mmol

=√2,78 x 10-8

=√2,78 x 10-4

POH = -log[OH- ]

= -log√2,78 x 10-4

= 4- log √2,78

= 3,55

PH = 14-POH

= 14- (4- log√2,78)

= 10,44

c. Garam yang berasal dari asam lemah dan basa lemah

Harga H+ tidak tergantung pada konsentrasi garam tetapi bergantung pada

harga𝐾𝑎 dan 𝐾𝑏 yaitu sebagai berikut.

a. Jika 𝐾𝑎 = 𝐾𝑏 , larutan bersifat netral maka H+ = 𝐾𝑤 , pH = 7

b. Jika 𝐾𝑎 > 𝐾𝑏 , larutan bersifat asam, pH < 7

c. Jika 𝐾𝑎 < 𝐾𝑏 , larutan bersifat basa, pH > 7

Contoh : diketahui 50 mL CH3COOH 0,1 M dilarutkan dalam NH4OH 50 ml 0,1 M. (Ka =

1,8. 10-5 , kb = 1,8. 10-5 ). Tentukanlah pH setelah dicampurkan

Jawab :

NH4OH + CH3COOH ⇒ CH3COONH4 + H2O

Mula-mula` :5 MmoL 5MmoL

beraksi :5MmoL 5 MmoL 5MmoL 5MmoL

sisa : - - 5 MomL 5MmoL

pH = ½ pKw + ½ pKa – 1/2pKb

= 7 + 2,37 - 2,37

= 7

B. Larutan Buffer

Sistem kimia dan biologi sangat sensitif terhadap perubahan pH. Cairan badan

manusia mempunyai pH yang bervariasi, misalnya darah manusia mempunyai pH

berkisar 7,35-7,45, sedangkan asam lambung mempunyai pH sekitar 1,5. Nilai pH ini

penting untuk menjaga fungsi enzim dan mempertahankan tekanan osmotik. Jika pH

darah manusia berubah dari 7 sampai 8 dapat mengakibatkan kematian. Sungai

mempunyai pH sekitar 5. Jika pH sungai kurang dari 5 sering tidak dapat mendukung ke

kehidupan ikan di dalamnya dan dapat mengakibatkan kematian ikan. Dengan demikian,

perubahan pH dapat menghasilkan efek yang tidak diinginkan, dan sistem yang sensitif

terhadap pH harus dilindungi dari H+ atau OH- yang mungkin terbentuk atau bereaksi

dengan zat lain. Sistem tersebut adalah larutan buffer. Dengan demikian, larutan buffer

sangat penting pada sistem kimia dan biologi.

1. Konsep larutan buffer

Sebuah larutan buffer mengandung zat terlarut yang memungkinkan larutan tersebut

mampu mempertahankan perubahan pH akibat penambahan sejumlah kecil asam kuat

atau basa kuat. Larutan buffer adalah larutan asam lemah dan basa konyugasinya atau

basa lemah dan asam konyugasinya. Dalam darah, asam karbonat (H2CO3, asam diprotik

lemah) dan ion bikarbonat (HCO3-, basa konyugasinya) berfungsi sebagai salah satu

sistem penyangga yang digunakan mempertahankan pH yang sangat konstan dalam

menghadapi produksi asam organik tubuh akibat metabolisme. Penyangga umum lainnya

terdiri dari kation asam lemah, NH4+, berasal dari garam seperti NH4Cl, dan basa

konjugasinya, NH3.

Bagaimana larutan buffer mempertahankan pH?. Perhatikan vidio pada

https://www.youtube.com/watch?v=ZLKEjXbCU30 (di samping) Suatu larutan buffer harus

mengandung konsentrasi relatif besar asam untuk bereaksi dengan ion OH- yang

mungkin ditambahkan ke buffer dan harus mengandung konsentrasi basa untuk bereaksi

dengan ion H+ yang ditambahkan. Selanjutnya komponen asam dan basa dari buffer

harus tidak saling bereaksi seperti reaksi penetralan. Pasangan asam basa yang

dibutuhkan adalah pasangan asam basa konyugasi atau asam lemah dan basa

konyugasinya atau basa lemah dan asam konyugasinya. Daftar asam lemah, basa lemah,

asam kuat, basa kuat dapat dilihat pada kegiatan 1 modul ini.

Sebagai contoh larutan buffer sederhana dapat dibuat dengan penambahan asam

asetat (CH3COOH) dan sodium asetat (CH3COONa) dengan perbandingan sama ke air.

Konsentrasi kedua asam dan basa konyugasi (dari CH3COONa) diasumsikan sama

sebagai konsentrasi mula-mula. Hal ini karena (1) CH3COOH adalah asam lemah dan

tingkat hidrolisis ion CH3COO- sangat kecil, (2) hadirnya ion CH3COO- menekan ionisasi

CH3COOH dan hadirnya CH3COOH menekan hidrolisis ion CH3COO-.

Suatu larutan yang mengandung dua senyawa ini mempunyai kemampuan

menetralisir penambahan asam atau basa kuat. Sodium asetat, suatu elektrolit kuat,

berdisosiasi sempurna di dalam air. Persamaan reaksi dapat ditulis sebagai berikut

Jika asam ditambahkan ke sistem buffer, ion H+ akan bereaksi dengan basa konyugasi

(CH3COO-) di dalam larutan buffer. Persamaan reaksi dapat ditulis sebagai berikut

CH3COO-(aq) + H+

(aq ) ⇋ CH3COOH(aq)

Jika basa ditambahkan ke sistem buffer, ion OH- akan dinetralkan

oleh asam (CH3COOH) di dalam buffer. Persamaan reaksi dapat

ditulis sebagai berikut

CH3COOH(aq) + OH-(aq ) ⇋ CH3COO-

(aq) + H2O

Tingkat efektivitas larutan buffer tergantung pada jumlah asam dan basa konyugasi dari

buffer yang dibuat. Pada umumnya sistem buffer dapat disimbolkan sebagai garam/asam

atau basa/asam konyugasi. Dengan demikian, sistem buffer sodium asetat-asam asetat

dapat ditulis sebagai CH3COONa/CH3COOH atau CH3COO-/CH3COOH. Untuk lebih

mudah memahami konsep buffer marilah dilihat contoh latihan ke-1.

Contoh latihan ke-1

Buffer

Animatio

n

Yang mana dari larutan berikut dapat diklasifikasikan sebagai sistem buffer? (a) KH2PO4/H3PO4 (b) NaClO4/HClO4 (c) C5H5N/C5H5NHCl (C5H5N adalah piridin)

Konsep Sistem buffer merupakan larutan yang mengandung suatu asam lemah dengan garamnya (mengandung basa lemah konyugasinya) atau suatu basa lemah dengan garamnya (mengandung asam lemah konyugasinya) Mengapa basa konyugasi dari asam kuat tidak dapat menetralkan dengan penambahan asam? Strategi Pemecahan Kriteria sistem buffer harus mempunyai asam lemah dan garamnya (mengandung basa lemah konyugasi) atau basa lemah dan garamnya (mengandung asam lemah konyugasi) (a) Pada sistem KH2PO4/H3PO4 H3PO4 adalah asam lemah, dan basa konyugasinya H2PO4

- adalah basa lemah . Oleh sebab itu, ini adalah sistem buffer.

(b) Pada sistem NaClO4/HClO4 Karena HClO4 adalah asam kuat, basa konyugasinya ClO4

-, basa yang sangat lemah. Ini berarti bahwa ClO4

- tidak dapt bereaksi dengan ion H+ dalam larutan untuk membentuk HClO4. Dengan demikian, sistem ini tidak dapat bertidak sebagai sistem buffer.

(d) Pada C5H5N/C5H5NHCl C5H5N adalah basa lemah dan asam konyugasinya C5H5NH+ (kation dari garam C5H5NHCl adalah basa lemah. Oleh sebab itu ini adalah sistem buffer

2. Perhitungan perubahan pH buffer akibat penambahan asam

Pada bagian awal telah dijelaskan bahwa larutan buffer dapat menetralkan sejumlah kecil

penambahan asam atau basa kuat. Perhitungan pH larutan buffer akibat penambahan

asam kuat dibahas pada contoh latihan ke-2

Contoh latihan ke -2

(a) Hitunglah pH larutan buffer pada sistem yang mengandung 1 M CH3COOH dan 1 M CH3COONa

(b) Bagaimanakah pH larutan buffer ini setelah penambahan 0,1 mol gas HCl ke 1 L larutan? Asumsikan volume larutan tidak berubah akibat penambahan HCl

Konsep (a) pH larutan buffer sebelum penambahan HCl dapat dihitung dari ionisasi CH3COOH.

Tentu konsentrasi awal CH3COOH dan CH3COO- (dari CH3COONa) adalah 1 M. Ka CH3COOH adalah 1,8 x 10-5

. (b) Sebaiknya dibuat skesa perubahan yang terjadi pada soal ini dalam bentuk gambar Strategi Pemecahan (a) Ringkasan spesi yang terdapat pada kesetimbangan

CH3COOH(aq) ⇋ H+

(aq ) + CH3COO-(aq)

Mula-mula (M) 1,0 0 1,0 Perubahan (M) -x +x +x Kesetimbangan (M) 1,0 - x -x 1,0 + x

1,8 x 10-5 = 𝑥 (1,0 + 𝑥)

(1,0−𝑥)

Asumsikan 1,0 + x 1,0 dan 1,0 – x 1,0, kita perolah

1,8 x 10-5 = 𝑥 (1,0 + 𝑥)

(1,0−𝑥)

𝑥 (1,0 )

(1,0)

X = (H+) = 1,8 x 10-5 M Dengan demikian, pH = - log (1,8 x 10-5) =4,74

x 1 (b) Ketika HCl ditambahkan ke larutan perubahan awal adalah

Ion Cl- adalah ion pemisah di dalam larutan karena ion tersebut adalah basa konyugasi dari asam kuat. Ion H+ dari asam kuat HCl bereaksi sempurna dengan basa konyugasi dari buffer yaitu CH3COO-. Pada point ini lebih nyaman bekerja dengan mol dari pada molaritas karena pada beberapa kasus volume larutan mungkin berubah ketika senyawa ditambahkan, tetapi mol tidak. Reaksi netralisasi diringkas sebagai berikut.

CH3COO-

(aq) + H+(aq ) ⇋ CH3COOH(aq)

Mula-mula (M) 1,0 0,1 1,0 Perubahan (M) -0,1 -0,1 +0,1 Kesetimbangan (M) 0,9 0 1,1

Akhirnya untuk menghitung pH buffer setelah netralisasi dari asam, kita mengobah mol ke molaritas dengan membagi mol dengan 1 L

CH3COOH(aq) ⇋ H+(aq ) + CH3COO-

(aq)

Mula-mula (M) 1,1 0 0,9 Perubahan (M) -x +x +x Kesetimbangan (M) 1,1 - x x 0,9 + x

1,8 x 10-5 = 𝑥 (0,9 + 𝑥)

1,1−𝑥

Asumsikan 0,9 + x 0,90 dan 1,1 – x 1,1 , kita peroleh

1,8 x 10-5 = 𝑥 (0,9 + 𝑥)

1,1−𝑥

𝑥 (0,9 )

1,1

atau x = (H+) = 2,2 x 10-5

Dengan demikian ,

pH = -log (2,2 x 1—5) = 4,66 Penguatan Konsep Ada penurunan pH (larutan menjadi lebih asam sebagai akibat penambahan HCl. Kita dapat membandingkan perubahan (H+) sebagai berikut Sebelum penambahan HCl [H+] = 1,8 x 10-5 M Setelah penambahan HCl [H+] = 2,2 x 10-5 M Dengan demikian kenaikan ion [H+] adalah 2,2/1,8 = 1,2 kali. Angka 1,5 kali adalah angka yang kecil untuk efektivitas dari buffer CH3COONa/ CH3COOH. Apakah yang terjadi jika 0,1 mol HCl ditambahkan ke 1 L air dan bandingkan kenaikan ion [H+] ? Sebelum penambahan HCl [H+] = 1,0 x 10-7 M Setelah penambahan HCl [H+] = 0,1 M Sebagai akibat penambahan HCl, ion [H+] naik menjadi 0,1/1x10-7 = 106 Dengan demikian, pH air naik menjadi sejuta kali !. Angka yang sangat besar. Hal ini membuktikan peranan larutan buffer mempertahankan pH

3. Pembuatan larutan buffer pH tertentu

Bagaimana cara membuat larutan buffer pada pH tertentu? Marilah kita perhatikan sistem

buffer CH3COONa/CH3COOH. Apakah hanya asam asetat atau campuran asam asetat

dan sodium asetat dalam larutan? Pada sistem buffer ini kita dapat menulis

CH3COO-(aq) + H+

(aq ) ⇋ CH3COOH(aq)

Dengan demikian,

Jika pesamaan ini diubah ke – log, maka

Tentu,

pH = pKa + log [basa konyugasi ]

[asam ] .............................................(1)

tentu,

pOH = pKb + log [asam konyugasi ]

[basa ] .............................................(2)

Persamaan 1 dan 2 dikenal juga dengan persamaan Hendersen-Hasselbach

Jika konsentrasi molar asam dan basa konyugasinya mendekati sama atau sama,

[asam] [basa konyugasi], tentu

Dengan demikian, untuk menyediakan larutan buffer kita memilih asam lemah dengan

pKa mendekati pH yang diinginkan. Pilihan ini tidak hanya memberikan nilai pH yang

benar dari sistem buffer, tetapi juga memastikan bahwa kita mempunyai jumlah yang

sebanding dari asam dan basa konyugasinya yang hadir, keduanya adalah prasarat

untuk sistem buffer agar berfungsi efektif. Marilah kita perhatikan contoh latihan ke-4 dan

latihan ke-5.

Contoh latihan ke-4

Suatu larutan buffer pH5 diperlukan dalam sebuah eksperimen. Dapatkan anda menggunakan asam asetat dan sodium asetat untuk membuatnya? Jika dapat, berapa mol perbandingan asam asetat dan sodium setat yang akan menghasilkan larutan dengan pH5? Berapa mol CH3COONa harus ditambahkan ke 1 L larutan yang mengandung 1 mol CH3COOH untuk membuat larutan buffer. Diketahui Ka CH3COOH adalah 1,8 x 10-5 Konsep Asam asetat adalah asam lemah. Kita dapat menggunakan asam asetat dan garam asetat untuk membuat larutan buffer pH 5.

Srategi penyelesaian Pada buffer asetat terdapat kesetimbangan CH3COO-

(aq) + H+(aq ) ⇋ CH3COOH(aq)

tentu

Oleh sebab itu,

Tentu

pH yang diinginkan adalah 5 oleh sebab itu [H+]= 10-5. Karena Ka= 1,8 x 10-5 maka

Ini adalah perbandingan mol dari komponen buffer yang diperlukan. Langkah akhir adalah menyediakan larutan yang mengandung 1 mol CH3COOH. Oleh sebab itu, jumlah mol ion asetat dibutuhkan

Karena setiap mol CH3COONa terdapat satu mol CH3COO-, maka diperlukan 1,8 mol CH3COONa

Contoh latihan 5

Bagaimana membuat buffer posfat pH 7,45 Konsep Agar buffer berfungsi efektif, konsentrasi komponen asam kurang lebih sama dengan komponen basa konyugasinya. Jika kita menginginkan pH mendekati pKa dari asam,

tentu pH pKa

log [basa konyugasi ]

[asam ] 0

[basa konyugasi ]

[asam ] 1

Strategi pemecahan

Karena asam posfat adalah asam tripotik, kita menulis tiga tingkat ionisasi. Nilai pKanya dapat dilhat pada Tabel Ka asam di kegiatan 1

Yang paling cocok dari tiga sistem baffer adalah HPO4

2-/H2PO4-, karena pKa dari asam

H2PO4- dekat dengan pH yang diinginkan. Dari persamaan Hendersen-Hasselbach kita

menulis

Antilognya kita peroleh

Dengan demikian cara untuk menyediakan buffer posfat pH 7,45 adalah Na2HPO4 dan NaH2PO4 dengan perbandingan mol 1,7:1 di dalam air. Dengan demikian, kita melarutkan 1,7 mol Na2HPO4 dan 1 mol NaH2PO4 ditambahkan air sampai volume larutan 1 L.

Ringkasan

Larutan buffer adalah larutan asam lemah dan basa konyugasinya atau basa lemah dan

asam konyugasinya. Suatu larutan buffer harus mengandung konsentrasi relatif besar

asam untuk bereaksi dengan ion OH- yang mungkin ditambahkan ke buffer dan harus

mengandung konsentrasi basa untuk bereaksi dengan ion H+ yang ditambahkan. Suatu

larutan yang mengandung dua senyawa ini mempunyai kemampuan menetralisir

penambahan asam atau basa.

DAFTAR PUSTAKA

Achmad, Hiskia.2001. Kimia Larutan. Bandung: PT Citra aditya Bakti

Brady, James E. 2009. Chemistry Matter and Its changes. New York: Jihn Wiley & Sons,

Inc

Chang, Raymond. 2010. Chemistry, tenth edition. New york: McGraw-Hill Companies.

Silberbeg, Martin S. 2009. Chemistry The Molecular of Matter and Change. New York :

Mc. Graw Hill

Brown,Theodore L; JR, H. Eugene Lemay; Bursten, Bruce E; Murphy, Catherine J; Woodward, Patrick M (2012). Chemistry the cental Science, 12th edition. Pearson Education Inc. USA

Chang, Raymond; Overby, Jason (2011). General Chemistry, the essential concept McGraw-Hill Jespersen, Neil D; Brady, James E; Hyslop, Alison (2012). Chemistry, the molecular

nature of matter. John Wiley