Larutan penyangga (buffer) dapat mempertahankan nilai pH larutan agar tidak mengalami perubahan yang signifikan akibat penambahan sedikit asam, basa, atau air.
A. Larutan Penyangga Asam
Larutan penyangga asam dapat dibuat dari:
(1) Mencampurkan asam lemah dengan garamnya
Contoh:
- \(\ce{CH3COOH} + \ce{CH3COOK}\)
- \(\ce{HCN} + \ce{NaCN}\)
- \(\ce{H2CO3} + \ce{NaHCO3}\)
(2) Mencampurkan asam lemah berlebih dengan basa kuat
Rumus untuk menghitung konsentrasi \([\ce{H}^{+}]\) dalam larutan:
$$\bbox[yellow, 5px, border: 2px solid red] {[\ce{H}^{+}] = \text{K}_a \cdot \dfrac{\text{ mol asam}}{\text{ mol basa konjugasi}}}$$
Contoh:
Sebanyak 50 ml larutan natrium hidroksida 0,4 M dicampur dengan 75 ml larutan asam asetat 0,6 M. Hitunglah pH sebelum dan sesudah kedua larutan bercampur!
Menghitung pH sebelum bercampur
Larutan \(\ce{NaOH}\) 0,4 M
\([\ce{OH}^{-}] = b \cdot \text{M}\)
\([\ce{OH}^{-}] = 1 \cdot (4 \times 10^{-1})\)
\(\text{pOH} = 1\:-\:\log 4\)
\(\text{pH} = 14\:-\:(1\:-\:\log 4) = 13 + \log 4\)
Larutan \(\ce{CH3COOH}\) 0,6 M
\([\ce{H}^{+}] = \sqrt{\text{Ka} \cdot \text{M}}\)
\([\ce{H}^{+}] = \sqrt{1 \cdot 10^{-5}\cdot 6 \cdot 10^{-1}}\)
\([\ce{H}^{+}] = \sqrt{6 \times 10^{-6}}\)
\([\ce{H}^{+}] = \sqrt{6} \times 10^{-3}\)
\(\text{pH} = 3\:-\:\log \sqrt{6}\)
\(\text{pH} = 3\:-\:\dfrac{1}{2}\cdot \log 6\)
Menghitung pH setelah bercampur
\(\ce{NaOH}_{(aq)}\) | + | \(\ce{CH3COOH}_{(aq)}\) | \(\rightarrow\) | \(\ce{CH3COONa}_{(aq)}\) | + | \(\ce{H2O}_{(l)}\) | |
Mula-mula | 20 mmol | 45 mmol | − | − | |||
Reaksi | 20 mmol | 20 mmol | 20 mmol | ||||
Sisa | 0 | 25 mmol | 20 mmol |
Komponen penyangganya terdiri atas asam lemah \(\ce{CH3COOH}\) dan basa konjugasi \(\ce{CH3COO}^{-}\)
\(\ce{CH3COONa} \rightarrow \ce{CH3COO}^{-} + \ce{Na}^{+}\)
Jumlah mol \(\ce{CH3COO}^{-}\) = jumlah mol \(\ce{CH3COONa}\) = 20 mmol
\([\ce{H}^{+}] = \text{K}_a \cdot \dfrac{\text{ mol asam}}{\text{ mol basa konjugasi}}\)
\([\ce{H}^{+}] = 1 \cdot 10^{-5} \cdot \dfrac{25 \text{ mmol}}{20 \text{ mmol}}\)
\([\ce{H}^{+}] = 1,25 \times 10^{-5}\)
\(\text{pH} = 5\:-\:\log 1,25\)
B. Larutan Penyangga Basa
Larutan penyangga basa dapat dibuat dari:
(1) Mencampurkan basa lemah dengan garamnya
Contoh:
- \(\ce{NH3} + \ce{NH4Br}\)
(2) Mencampurkan basa lemah berlebih dengan asam kuat
$$\bbox[yellow, 5px, border: 2px solid red] {[\ce{OH}^{-}] = \text{K}_b \cdot \dfrac{\text{ mol basa}}{\text{ mol asam konjugasi}}}$$
Contoh:
Sebanyak 2,24 liter gas ammonia pada kondisi STP dialirkan ke dalam larutan asam klorida 50 mL dengan konsentrasi 0,01 M. Hitung pH campuran yang terjadi. (Kb ammonia = \(1 \times 10^{-5}\)).
Jumlah mol \(\ce{NH3}\) mula-mula = \(\dfrac{2,24}{22,4} = 0,1 \text{ mol} = 100 \text{ mmol}\)
\(\ce{NH3}_{(g)}\) | + | \(\ce{HCl}_{(aq)}\) | \(\rightarrow\) | \(\ce{NH4Cl}_{(aq)}\) | |
Mula-mula | 100 mmol | 0,5 mmol | − | ||
Reaksi | 0,5 mmol | 0,5 mmol | 0,5 mmol | ||
Sisa | 99,5 mmol | 0 | 0,5 mmol |
Karena yang bersisa \(\ce{NH3}\) maka akan membentuk larutan penyangga basa.
Komponen penyangganya terdiri dari basa lemah \(\ce{NH3}\) dan asam konjugasi \(\ce{NH4}^{+}\)
\(\ce{NH4Cl} \rightarrow \ce{NH4}^{+} + \ce{Cl}^{-}\)
Jumlah mol \(\ce{NH4}^{+}\) = jumlah mol \(\ce{NH4Cl}\) = 0,5 mmol
\([\ce{OH}^{-}] = \text{K}_b \cdot \dfrac{\text{ mol basa}}{\text{ mol asam konjugasi}}\)
\([\ce{OH}^{-}] = 1 \times 10^{-5} \cdot \dfrac{99,5}{0,5}\)
\([\ce{OH}^{-}] = 199 \times 10^{-5}\)
\([\ce{OH}^{-}] = 1,99 \times 10^{-3}\)
\(\text{pOH} = 3\:-\:\log 1,99\)
\(\text{pH} = 14\:-\: (3\:-\:\log 1,99)\)
\(\text{pH} = 11 + \log 1,99\)