- Larutan Asam Basa
Pada materi stoikiometri, Anda sudah belajar tentang titrasi asam
kuat dan basa kuat menghasilkan garam yang bersifat netral (pH = 7). Apa
yang terjadi jika zat yang dititrasi adalah asam lemah dan basa kuat
atau asam kuat dan basa lemah atau asam lemah dan basa lemah? Untuk
dapat menjawab masalah ini, Anda perlu memahami konsep hidrolisis dan
prinsip larutan penyangga.
Anda sudah memahami bahwa reaksi asam kuat dan basa kuat akan menghasilkan garam yang bersifat netral. Contoh :
HCl(aq) + NaOH(aq) ? NaCl(aq) + H
2O(
l)
Di dalam air, garam NaCl bersifat netral karena tidak memiliki
kemampuan untuk bereaksi dengan air sebagai pelarutnya sehingga
konsentrasi molar H
+ dan OH
– dalam larutan tidak berubah, masing-masing sebesar 1,0 × 10
–7 M (hasil ionisasi air). Perhatikan kurva titrasi pada Gambar 1.
|
Gambar 1. Kurva titrasi HCl-NaOH. |
Dengan demikian, pada titrasi asam kuat dan basa kuat, titik
stoikiometri dicapai pada pH = 7 (netral). Setelah titik setara
tercapai, penambahan sedikit basa akan mengubah pH larutan sangat
drastis. Jika asam lemah dan basa kuat atau asam kuat dan basa lemah
direaksikan, garam yang terbentuk memiliki sifat berbeda dengan
garamgaram netral seperti NaCl. Contoh :
HCl(aq) + NH
3(aq) ? NH
4Cl(aq)
Garam amonium klorida yang terbentuk bersifat reaktif terhadap air sebagai pelarutnya, khususnya ion NH
4+ yang berasal dari basa lemah. Mengapa? Di dalam larutan, NH
4Cl berada dalam bentuk ion-ionnya. Jika Anda bandingkan kekuatan asam antara ion NH
4+ dan H
2O, mana yang lebih kuat? Lihat kekuatan asam basa konjugat pada materi Asam dan Basa.
Ion NH
4+ merupakan asam konjugat yang lebih kuat dari H
2O sehingga ion NH
4+ dapat melepaskan proton membentuk NH
3 dan ion H
3O
+ (Gambar 2).
|
Gambar 2. Kurva titrasi HCl-NH4OH |
Persamaan reaksinya :
NH
4+(aq) + H
2O(
l) ? NH
3(aq) + H
3O
+(aq)
Pada materi stoikiometri, Anda sudah belajar tentang titrasi asam
kuat dan basa kuat yaitu reaksi yang menghasilkan air hingga air terurai
menjadi ion-ionnya. Oleh karena dalam larutan tersebut kelebihan ion H
3O
+ maka
dapat dipastikan larutan bersifat asam. Dengan demikian, jika Anda
melakukan titrasi asam kuat oleh basa lemah, titik stoikiometri tidak
pada pH = 7, tetapi di bawah 7. Setelah titik stoikiometri tercapai,
penambahan NH
3 tetes demi tetes tidak meningkatkan pH larutan
secara drastis, sebagaimana pada titrasi HCl dan NaOH, tetapi naik
secara perlahan. Mengapa?
Jika ke dalam larutan NH
4Cl yang sudah terhidrolisis ditambah lagi NH
3 , dalam larutan akan terjadi kesetimbangan antara ion NH
4+ (dari NH
4Cl) dan NH
3 dari basa yang ditambahkan. Persamaannya sebagai berikut.
NH
4+(aq) ? NH
3(aq) + H
+(aq)
Sistem reaksi tersebut merupakan kesetimbangan basa lemah dan asam
konjugatnya (teori asam basa Bronsted-Lowry). Karena membentuk
kesetimbangan maka semua Hukum-Hukum Kesetimbangan berlaku di sini.
Akibatnya, penambahan NH
3 akan bereaksi dengan proton (ion H
+ dan sistem akan menggeser posisi kesetimbangan ke arah kiri. Dengan demikian, penambahan NH
3 berlebih
dianggap sebagai gangguan dan sistem berupaya meminimalkan gangguan
dengan cara menggeser posisi kesetimbangan untuk memperkecil gangguan
tersebut.
Dampak dari pergeseran posisi kesetimbangan asam basa konjugat adalah
kenaikan pH larutan relatif kecil. Inilah alasan mengapa penambahan
basa setelah titik stoikiometri tercapai, perubahan pH larutan relatif
kecil. Sistem larutan yang membentuk kesetimbangan antara basa lemah dan
asam konjugatnya disebut larutan penyangga. Salah satu sifat penting
dari larutan penyangga adalah dapat mempertahankan pH larutan dari
gangguan penambahan asam atau basa.
Formula dari basa konjugat selalu memiliki jumlah atom H lebih
sedikit dan memiliki muatan lebih negatif dibandingkan formula asam
konjugatnya.
- Hidrasi dan Hidrolisis Garam-Garam
Hidrolisis adalah reaksi dengan air menyebabkan air terionisasi.
Suatu zat dikatakan terhidrolisis jika zat tersebut dalam larutannya
dapat bereaksi dengan air sehingga air menjadi terionisasi.
2.1.
Pengertian Hidrasi dan Hidrolisis
Suatu garam dalam pelarut air terurai membentuk ion-ionnya. Hasil
pelarutan garam ini dapat bersifat netral, asam, atau basa. Sifat
larutan garam ini bergantung pada sifat-sifat ionnya. Pelarutan garam
dapat memengaruhi keadaan kesetimbangan ionisasi air. Anda sudah
mengetahui bahwa air membentuk kesetimbangan dengan ion-ionnya.
H
2O(
l) ? H
+(aq) + OH
–(aq)
atau
2H
2O(
l) ? H
3O
+(aq) + OH
–(aq)
Garam-garam yang terlarut di dalam air mungkin terhidrasi atau
terhidrolisis. Suatu garam dikatakan terhidrasi di dalam pelarut air
jika ionionnya dikelilingi oleh molekul air akibat antaraksi dipol
antara ion-ion garam dan molekul air. Antaraksi ion-ion garam dan
molekul air membentuk kesetimbangan dan tidak mempengaruhi pH larutan.
Suatu garam dikatakan terhidrolisis di dalam pelarut air jika ionionnya
bereaksi dengan molekul air. Reaksi ion-ion garam dan air membentuk
kesetimbangan dan mempengaruhi pH larutan.
Solvasi adalah proses ion atau molekul dikelilingi oleh pelarutnya. Jika pelarutnya air, dinamakan hidrasi.
2.1.1.
Hidrasi Kation dan Anion
Hidrasi kation terjadi karena adanya antaraksi antara muatan positif
kation dan pasangan elektron bebas dari atom oksigen dalam molekul air.
Kation yang dapat dihidrasi adalah kation-kation lemah, seperti ion
kalium (K
+), yaitu kation yang memiliki ukuran besar dengan
muatan listrik rendah. Kation-kation seperti ini berasal dari basa kuat,
seperti Na
+, K
+, dan Ca
2+. Contohnya :
K
+(aq) + nH
2O(
l) ? [K(H
2O)
n]
+
Anion-anion yang dihidrasi adalah anion dari asam kuat atau anion
yang bersifat basa konjugat sangat lemah. Anion-anion ini dihidrasi
melalui antar aksi dengan atom hidrogen dari air. Misalnya :
NO
3–(aq) + mH
2O(
l) ? [NO
3(H
2O)
m]
–
Kation dan anion dari garam-garam yang terhidrasi di dalam air tidak
bereaksi dengan molekul air. Oleh karena itu, anion atau kation seperti
ini merupakan ion-ion bebas di dalam air (Gambar 3).
|
Gambar 3. Model hidrasi dari garam NaCl dalam pelarut air. |
2.1.2.
Hidrolisis Kation dan Anion
Kation-kation garam yang berasal dari basa lemah di dalam air dapat
mengubah larutan menjadi asam. Kation-kation ini merupakan asam konjugat
dari basa lemah, seperti Al
3+, NH
4+, Li
+, Be
2+, dan Cu
2+. Karena
kation-kation tersebut merupakan asam konjugat dari basa lemah maka
tingkat keasamannya lebih kuat daripada air. Oleh karenanya,
kation-kation ini dapat menarik gugus OH
– dari molekul air dan meninggalkan sisa proton (H
+) sehingga larutan bersifat asam.
Reaksi antara H
2O dan kation logam membentuk kesetimbangan. Dalam hal ini, molekul H
2O berperan sebagai basa Lewis atau akseptor proton menurut Bronsted-Lowry. Contohnya :
NH
4+(aq) + H
2O(
l) ? NH
3(aq) + H
3O
+(aq)
Al
3+(aq) + 3H
2O(
l) ? Al(OH)
3(aq) + 3H
+(aq)
Anion-anion hasil pelarutan garam yang berasal dari asam lemah dapat
mengubah pH larutan menjadi bersifat basa karena bereaksi dengan molekul
air. Anion-anion seperti ini merupakan basa konjugat dari asam lemah,
yaitu basa yang lebih kuat dibandingkan molekul H
2O. Karena itu, anion-anion tersebut dapat menarik proton (H
+) dari molekul air dan meninggalkan sisa ion OH
– yang menyebabkan larutan garam bersifat basa. Contohnya:
F
–(aq) + H
2O(
l) ? HF(aq) + OH
–(aq)
CN
–(aq) + H
2O(
l) ? HCN(aq) + OH
–(aq)
Semua garam yang anionnya berasal dari asam lemah, seperti CH
3COONa, KCN, NaF, dan Na
2S akan
terhidrolisis ketika dilarutkan di dalam air menghasilkan larutan garam
yang bersifat basa. Reaksi kation atau anion dengan molekul air disebut
hidrolisis. Dengan kata lain, hidrolisis adalah reaksi ion dengan air
yang menghasilkan basa konjugat dan ion hidronium atau asam konjugat dan
ion hidroksida.
Contoh Soal Garam yang Terhidrolisis (1) :
Manakah di antara NaCl, MgCl
2, dan AlCl
3 yang jika dilarutkan dalam air akan terhidrolisis?
Pembahasan :
Ion Cl
– berasal dari asam kuat atau basa konjugat yang lebih lemah dari air. Oleh karena itu, ion Cl
– tidak bereaksi dengan air. Kation Na
+ dan Mg
2+ berasal dari basa kuat dan merupakan kation berukuran relatif besar dengan muatan rendah sehingga tidak terhidrolisis. Ion Al
3+ memiliki ukuran relatif sama dengan Mg
2+, tetapi muatannya tinggi sehingga dapat bereaksi dengan air. Oleh karena itu, ion Al
3+ terhidrolisis membentuk Al(OH)
3.
2.2.
Derajat Keasaman Larutan Garam
Semua garam yang larut dalam air akan terurai membentuk ionionnya.
Karena ion-ion garam dalam air ada yang terhidrolisis maka pelarutan
garam-garam di dalam air dapat mengubah pH larutan menjadi bersifat asam
atau basa.
2.2.1.
Larutan Garam Bersifat Netral
Basa konjugat dari asam kuat tidak memiliki kemampuan menarik proton
dari molekul air. Basa konjugat seperti ini merupakan basa-basa yang
lebih lemah dari molekul air. Jika anion seperti Cl
– dan NO
3– berada di dalam air, anion-anion tersebut tidak akan menarik H
+ dari molekul air sehingga tidak mengubah pH larutan garam. Anion seperti itu hanya terhidrasi. Kation seperti K
+ dan Na
+ merupakan asam konjugat dari basa kuat. Kation seperti ini juga tidak memiliki kemampuan menarik gugus OH
– dari
air sehingga tidak mengubah pH larutan. Ion-ion garam yang berasal dari
basa kuat dan asam kuat tidak mengubah konsentrasi ion H
+ dan OH
– hasil ionisasi air. Jadi, garam tersebut bersifat netral di dalam larutan atau memiliki pH = 7.
2.2.2.
Larutan Garam Bersifat Basa
Dalam larutan CH
3COONa, spesi utamanya adalah ion Na
+, ion CH
3COO
– , dan molekul H
2O. Ion Na
+ adalah asam konjugat yang lebih lemah dari air sehingga tidak dapat menarik gugus OH
– dari air, tentunya tidak mengubah pH larutan. Ion CH
3COO
– merupakan basa konjugat dari asam lemah atau basa yang lebih kuat dari air sehingga CH
3COO
– dapat menarik proton dari molekul air menghasilkan CH
3COOH dan OH
–. Akibatnya, larutan menjadi basa.
Reaksi ion asetat dan air membentuk kesetimbangan, persamaan reaksinya:
CH
3COO
–(aq) + H
2O(
l) ? CH
3COOH(aq) + OH
–(aq)
Tetapan kesetimbangan untuk reaksi ini adalah :
Bagaimanakah menentukan nilai K
b dari ion asetat (K
b CH
3COO
–)?
Hal ini dapat ditentukan dari hubungan K
a, K
b, dan K
w. Jika persamaan K
a asam asetat dikalikan dengan persamaan K
b , ion asetat akan menghasilkan nilai K
w . Penentuan nilai K
b di atas sebagai berikut.
Jadi, untuk setiap pasangan asam lemah dan basa konjugatnya terdapat hubungan K
a, K
b, dan K
w. :
K
w = K
a(asam lemah) × K
b(basa konjugatnya)
Dengan kata lain, jika K
a atau K
w diketahui maka nilai tetapan K
b dapat ditentukan. Tetapan kesetimbangan untuk ion asetat adalah :
K
b (CH
3COO
–) = = = 5,6 × 10
–10
Jadi, nilai K
b untuk ion asetat sebesar 5,6 × 10
–10.
Dengan demikian, untuk setiap garam yang mengandung kation dari basa kuat (seperti, Na
+ atau K
+)
dan anion dari asam lemah akan membentuk larutan bersifat basa. Nilai
pH dari larutan garam yang anionnya terhidrolisis dapat ditentukan
berdasarkan nilai K
b basa konjugat dan konsentrasi ion-ion dalam sistem kesetimbangan.
Contoh Soal Perhitungan pH Garam Berasal dari Asam Lemah (2) :
Hitunglah pH larutan NaF 0,3 M. Diketahui nilai K
a HF = 2 × 10
–4.
Penyelesaian :
Spesi utama dalam larutan : Na
+, F
–, H
2O.
Karena F
– basa konjugat dari asam lemah HF maka F
– merupakan basa yang lebih kuat dari air sehingga dapat bereaksi dengan air. Persamaannya sebagai berikut.
F
–(aq) + H
2O(
l) ? HF(aq) + OH
–(aq)
Tetapan kesetimbangan untuk reaksi tersebut:
Nilai K
b dapat dihitung dari K
w dan K
a (HF) :
K
b = = = 1,4 × 10
–11.
Konsentrasi pada kesetimbangan adalah :
Konsentrasi Awal
(mol L–1) |
|
Konsentrasi Kesetimbangan
(mol L–1) |
[F–]0 = 0,3 |
xM |
[F–] = 0,3 – x |
[HF]0 = 0 |
? |
[HF] = x |
[OH–]0 = 0 |
|
[OH–] = x |
K
b = 1,4 × 10
–10 = = ?
Nilai x ? 2 × 10
–6
Catatan:
Nilai x sangat kecil dibandingkan 0,3 maka x dapat diabaikan dalam penyebut.
Dengan demikian,
[OH
–] = x = 2 ×10
–6 M atau pOH = 5,69
pH = 14 – pOH = 8,31
Jadi, larutan bersifat basa.
Contoh Soal SPMB 2002 :
Peristiwa hidrolisis terjadi dalam larutan ….
A. natrium asetat
B. amonium sulfat
C. kalium sianida
D. amonium asetat
E. semua jawaban benar
Pembahasan :
Garam yang mengalami reaksi hidrolisis adalah jenis garam yang
mengandung ion sisa asam lemah atau ion sisa basa lemah. Dalam hal ini,
natrium asetat, amonium sulfat, kalium sianida, dan amonium asetat
merupakan garam yang mengalami reaksi hidrolisis. Jadi, semua jawaban
benar.
Jawabannya (E).
2.2.3.
Larutan Garam Bersifat Asam
Beberapa garam menghasilkan larutan asam ketika dilarutkan dalam air.
Misalnya, jika garam LiCl dilarutkan dalam air, akan terbentuk ion Li
+ dan Cl
–. Ion Cl
– tidak memiliki afinitas terhadap proton, melainkan hanya terhidrasi sehingga tidak mengubah pH larutan. Ion Li
+ adalah asam konjugat dari basa lemah sehingga tingkat keasamannya lebih kuat daripada H
2O. Oleh karena itu, asam tersebut dapat bereaksi dengan air menghasilkan proton. Persamaannya:
Li
+(aq) + H
2O(
l) ? LiOH(aq) + H
+(aq)
Umumnya, garam-garam yang kationnya merupakan asam konjugat dari basa
lemah akan membentuk larutan yang bersifat asam. Nilai pH dari larutan
garam seperti ini dapat dihitung berdasarkan tetapan kesetimbangan asam
konjugatnya.
Contoh Soal Perhitungan pH Garam Berasal dari Basa Lemah (3) :
Berapakah pH larutan NH
4Cl 0,1 M? Diketahui nilai K
b (NH
3) = 1,8 × 10
–5 .
Jawaban :
Spesi utama dalam larutan : NH
4+ , Cl–, dan H
2O.
Karena ion NH
4+ merupakan asam konjugat dari
basa lemah maka ion tersebut lebih asam dari air sehingga dapat bereaksi
dengan air dan melepaskan proton. Persamaannya :
NH
4+(aq) + H
2O(
l) ? NH
3(aq) + H
3O
+(aq)
Tetapan kesetimbangannya adalah :
Nilai K
a (NH
4+) dihitung melalui hubungan :
K
a (NH
4+) = =
K
a (NH
4+) = 5,6 × 10
–10
Konsentrasi masing-masing spesi yang terdapat dalam keadaan kesetimbangan :
Konsentrasi Awal
(mol L–1) |
|
Konsentrasi Kesetimbangan
(mol L–1) |
[NH4+]0 = 0,1 |
|
[NH4+] = 0,1 – x |
|
xM |
|
[NH3]0 = 0 |
? |
[NH3] = x |
[H3O+]0 = 0 |
|
[H3O+]0 = x |
Dengan demikian,
5,6 x 10
–10 = =
nilai x ? 7,5 × 10
–6 .
Konsentrasi ion H+ dalam larutan adalah
[H
+] = x = 7,5 × 10
–6 M
Oleh karena itu, nilai pH = 5,13. Dengan demikian, larutan bersifat asam.
2.2.4.
Larutan Garam Terhidrolisis Total
Selain garam-garam yang telah disebutkan sebelumnya, masih terdapat garam yang kedua ionnya memengaruhi pH larutan, seperti CH
3COONH
4 dan NH
4CN. Garam-garam
tersebut di dalam air akan terurai membentuk ion-ion yang keduanya
terhidrolisis. Oleh karena perhitungan untuk masalah ini sangat kompleks
maka di sini hanya akan ditinjau secara kualitatif.
Anda dapat memperkirakan apakah larutan akan bersifat asam, basa, atau netral dengan cara membandingkan nilai K
a untuk ion asam konjugat terhadap nilai K
b dari ion basa konjugat. Jika nilai K
a lebih besar dari nilai K
b , larutan akan bersifat asam. Sebaliknya, jika nilai K
b lebih besar dari nilai K
a , larutan akan bersifat basa. Jika nilai Ka dan nilai K
b sama, larutan bersifat netral.
Tabel 1. Nilai pH Larutan Garam Terhidrolisis Total
Ka > Kb |
pH < 7 (asam) |
Kb > Ka |
pH > 7 ( basa) |
Ka = Kb |
pH = 7 (netral) |
Contoh Soal Penentuan Sifat Larutan Garam dari Tetapan Asam Basa (4) :
Ramalkan apakah larutan garam berikut bersifat asam, basa, atau netral:
(a) NH
4COOCH
3 ;
(b) NH
4CN.
Pembahasan :
a. Spesi utama adalah : NH
4+, CH
3COO
–, H
2O.
Nilai K
a(NH
4+) = 5,6 × 10
–10; K
b(CH
3COO
–) = 5,6 × 10
–10 (lihat contoh soal sebelumnya).
Oleh karena K
a(NH
4+) sama dengan K
b(CH
3COO
–) maka larutan bersifat netral.
b. Larutan mengandung ion NH
4+ dan ion CN
–. Nilai K
a(NH
4+) = 5,6 × 10
–10 , dan nilai K
b(CN
–) adalah :
K
b (CN
–) = = = 1,18 × 10
–5 .
Oleh karena K
b (CN
–) lebih besar dari K
a (NH
4+) maka larutan bersifat basa.
C.
Larutan Penyangga
Sebagaimana diuraikan sebelumnya, jika ke dalam larutan garam yang kation atau anionnya terhidrolisis, misalnya larutan NH
4Cl ditambahkan NH
3 maka akan terbentuk kesetimbangan antara ion NH
4+ dan NH
3 .
Sistem larutan seperti ini dinamakan larutan penyangga. Salah satu
sifat penting dari larutan penyangga adalah dapat mempertahankan pH
larutan.
3.1.
Prinsip Larutan Penyangga
Berdasarkan Teori Asam-Basa Arrhenius, larutan yang mengandung
campuran asam lemah dan garam yang anionnya senama dengan asam lemah
tersebut akan membentuk larutan penyangga. Contohnya, NH
3COOH dan CH
3COONa.
Demikian juga jika larutan mengandung campuran basa lemah dan garam
yang kationnya senama dengan basa lemah akan membentuk larutan
penyangga. Contohnya, NH
4OH dan NH
4Cl.
Berdasarkan Teori Asam-Basa Bronsted-Lowry, larutan yang mengandung
campuran dari pasangan asam lemah dan basa konjugat atau basa lemah dan
asam konjugatnya akan membentuk larutan penyangga.
Contoh:
a. |
NH3(aq) |
+ |
H2O(l) |
? |
NH4+(aq) |
+ |
OH–(aq) |
|
Basa lemah |
|
|
|
Asam konjugat |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
b. |
H2PO4–(aq) |
? |
HPO42–(aq) |
|
H+(aq) |
|
Asam lemah |
|
|
|
Basa konjugat |
|
|
Prinsip larutan penyangga berdasarkan teori asam basa Arrhenius
terbatas hanya untuk campuran asam lemah dan garamnya atau basa lemah
dan garamnya, sedangkan prinsip berdasarkan Bronsted-Lowry lebih umum,
selain asam lemah dan garamnya (contoh a), juga mencakup campuran garam
dan garam (contoh b).
Tinjau contoh (b), sistem kesetimbangan asam lemah dan basa konjugatnya dapat berasal dari garam NaH
2PO
4 dan Na
2HPO
4. Jika kedua garam ini dicampurkan, akan terbentuk larutan penyangga.
Amonium hidroksida dapat digunakan untuk membuat larutan penyangga
dengan cara mencampurkannya dengan amonium fosfat sebagai garamnya.
Untuk membuktikan prinsip larutan penyangga, Anda dapat melakukan kegiatan berikut.
Praktikum Kimia Larutan Penyangga (1) :
Tujuan :
Membuktikan prinsip larutan penyangga.
Alat :
- Gelas kimia
- Batang pengaduk
- pH meter atau indikator universal
- Gelas ukur
Bahan :
- Larutan CH3COOH 0,5 M
- Larutan CH3COONa 0,5
- Larutan NaH2PO4 0,5 M
- Larutan Na2HPO4 0,5 M
Langkah Kerja :
Ke dalam gelas kimia masukkan larutan berikut.
- 100 mL larutan CH3COOH 0,5 M, ukur pH-nya.
- 100 mL larutan CH3COONa 0,5 M, ukur pH-nya.
- Campuran 50 mL larutan CH3COOH 0,5 M dan 50 ml larutan CH3COONa 0,5 M. Kocok dan ukur pH-nya.
- 100 mL larutan NaH2PO4 0,5 M, ukur pH-nya.
- 100 mL larutan Na2HPO4 0,5 M, ukur pH-nya.
- Campuran 50 mL NaH2PO4 0,5 M dan 50 mL Na2HPO4 0,5 M. Kocok dan ukur pH-nya.
Pertanyaan :
- Berapakah pH masing-masing larutan penyangga?
- Bagaimanakah kestabilan larutan penyangga tersebut?
- Apakah yang dapat Anda simpulkan dari percobaan ini. Diskusikan dengan teman sekelas Anda.
Pada langkah kerja (3), spesi utama yang terdapat dalam larutan penyangga adalah CH
3COOH, CH
3COO
–, Na
+, H
+, dan H
2O. Asam asetat adalah asam lemah dan dalam larutan terionisasi sebagian membentuk kesetimbangan :
CH
3COOH(aq) ? CH
3COO
–(aq) + H
+(aq)
Garam natrium asetat terionisasi sempurna membentuk ion Na
+ dan ion CH
3COO
–. Persamaan reaksinya sebagai berikut.
CH
3COONa(aq) ? Na
+(aq) + CH
3COO
–(aq)
Konsentrasi ion CH
3COO
– dari garam lebih banyak dibandingkan dari hasil ionisasi asam asetat. Akibatnya, di dalam larutan, konsentrasi ion CH
3COO
– ditentukan
oleh konsentrasi garam. Dengan demikian, konsentrasi ion-ion dalam
sistem kesetimbangan ditentukan oleh konsentrasi asam asetat dan
konsentrasi ion asetat yang berasal dari garam.
CH3COOH(aq) |
? |
CH3COO–(aq) |
+ |
H+(aq) |
Asam asetat |
|
Ion asetat |
|
|
Pada langkah kerja (6), spesi utama yang terdapat dalam larutan penyangga adalah : Na
+, H
2PO
4–, HPO
42–, H
+, dan H
2O.
Dalam larutan, garam natrium dihidrogen fosfat dan natrium hidrogen
fosfat terionisasi sempurna, persamaan reaksinya sebagai berikut.
NaH
2PO
4(aq) ? Na
+(aq) + H
2PO
4–(aq)
Na
2HPO
4(aq) ? 2Na
+(aq) + HPO
42–(aq)
Kedua anion tersebut membentuk asam basa konjugat dan berada dalam keadaan kesetimbangan. Oleh karena ion H
2PO
4– memiliki tingkat keasaman lebih kuat dibandingkan ion HPO
42– maka H
2PO
4– berperan sebagai asam dan HPO
42– sebagai basa konjugatnya. Persamaan reaksinya sebagai berikut.
H
2PO
4–(aq) ? HPO
42–(aq) + H
+(aq)
Oleh karena ion H
2PO
4– berasal dari garam NaH
2PO
4 dan ion HPO
42– dari garam Na
2HPO
4 maka konsentrasi ion-ion dalam sistem kesetimbangan ditentukan oleh konsentrasi garam-garamnya.
Contoh Soal UNAS 2004 :
Larutan Ca(CN)
2 memiliki pH = 11 – log 2. Jika Ka(HCN) = 4 × 10–10 dan Mr Ca(CN)
2 = 92, jumlah Ca(CN)
2 yang terlarut dalam 500 mL larutan adalah ….
A. 3,68 g
B. 7,36 g
C. 8,45 g
D. 14,72 g
E. 15,25 g
Pembahasan :
Ca(CN)
2 ? Ca
2+ + 2CN
–
CN
– + H
2O ? HCN + OH
–
pH = 11 + log 2
pOH = 3 – log 2
[OH-] = 2 × 10
–3 M
[OH–] =
2 × 10
–3 =
4 × 10
–6 = [CN
–]
16 × 10
–16 = 10
–14 [CN
–]
[CN
–] = = 16 × 10
–2 M
Ca(CN)2 |
? |
Ca2+ + 2 CN– |
8 × 10–2 M |
|
16 × 10–2 M |
8 × 10
–2 =
x = = 3,68 g
Jadi, jawabannya (A).
3.2.
Aplikasi Prinsip Larutan Penyangga
Cairan darah dalam tubuh manusia memiliki sifat penyangga karena
mampu mengendalikan pH dalam darah. Salah satu fungsi darah adalah
membawa oksigen untuk disebarkan ke seluruh sel. Fungsi ini bergantung
pada pH darah.
Sel darah merah, khususnya atau hemoglobin bekerja optimal sebagai
pembawa oksigen pada pH sekitar 7,4. Jika pH cairan darah berubah maka
kerja hemoglobin akan menurun, bahkan kemampuannya akan hilang jika pH
cairan darah di atas 10 atau di bawah 5.
Cairan darah mengandung asam lemah H
2CO
3 dan basa konjugatnya : HCO
3– (dari garam NaHCO
3 dan KHCO
3). Kedua spesi ini bertanggung jawab dalam mempertahankan pH cairan darah agar sel darah merah bekerja secara optimal.
Jika seseorang meminum sedikit asam atau basa, seperti air jeruk atau
minuman bersoda maka minuman tersebut akan terserap oleh darah.
Kemudian, cairan darah akan mempertahankan pH-nya dari gangguan asam
atau basa yang dimakan atau diminum seseorang.
Jika cairan darah tidak memiliki sifat penyangga maka akan bersifat
asam, yang tentunya mengganggu kinerja darah. Akan tetapi, karena cairan
darah memiliki sifat penyangga, penambahan sedikit asam atau basa tidak
mengubah pH cairan darah sehingga kinerja darah tetap optimal.
Air laut juga memiliki sifat penyangga yang berasal dari garam-garam
dan udara yang terlarut dalam air laut. Di dalam air laut terkandung
garam-garam natrium, kalium, magnesium, dan kalsium dengan anion-anion
seperti klorida, sulfat, karbonat, dan fosfat.
Sifat penyangga air laut dapat berasal dari NaHCO
3 dan gas CO
2 dari udara yang terlarut. Di dalam air laut, gas CO
2 terlarut dan bereaksi dengan air membentuk asam karbonat. Persamaan reaksinya sebagai berikut.
H
2O(
l) + CO
2(g) ? H
2CO
3(aq)
Oleh karena asam karbonat adalah asam lemah dan dalam air laut
terkandung garam natrium hidrogen karbonat maka kedua senyawa itu akan
membentuk larutan penyangga, melalui reaksi kesetimbangan:
H
2CO
3(aq) ? HCO
3–(aq) + H
+(aq)
Konsentrasi H
2CO
3 berasal dari gas CO
2 terlarut dan konsentrasi HCO
3– berasal
dari garam yang terkandung dalam air laut. Jika air hujan yang umumnya
besifat asam tercurah ke laut atau air dari sungai-sungai mengalir ke
laut dengan berbagai sifat asam dan basa maka sifat asam dan basa itu
tidak akan mengubah pH air laut. Dengan kata lain, pH air laut relatif
tetap.
Jika Anda ingin memiliki larutan yang mempunyai nilai pH mulai dari 1
sampai 14 dan tahan lama di laboratorium, Anda dapat membuat
larutan-larutan tersebut dari larutan penyangga. Nilai pH larutan
penyangga tidak berubah walaupun disimpan dalam kurun waktu yang lama.
Penggunaan Larutan Penyangga dalam Pengembangan Padi Hibrida
Kebutuhan akan pangan terus bertambah seiring dengan peningkatan
populasi penduduk. Sementara produksi pangan cenderung tetap. Hal ini
terjadi disebabkan terbatasnya lahan produksi yang sesuai untuk
pertumbuhan tanaman pangan. Oleh karena itu, perlu adanya penelitian
lebih lanjut untuk meningkatkan kapasitas produksi padi nasional.
Peningkatan itu dilakukan dengan cara penggunaan bibit unggul dan
pemanfaatan lahan-lahan marginal di luar pulau Jawa. Salah satu lahan
marginal yang kini sedang diusahakan adalah lahan pasang surut.
Kendala penggunaan lahan pasang surut salah satunya tingkat
keasamannya yang tinggi. Beberapa teknik budidaya padi hibrida yang
diterapkan di lahan pasang surut di antaranya dengan cara penanaman padi
tidak terlalu dalam. Kemudian, menambahkan dolomit (basa) untuk
menetralkan pH tanah dan larutan penyangga untuk mempertahankan pH
sekitar 6–7. (Sumber: www.pu.go.id)
3.3.
Penentuan pH Larutan Penyangga
Bagaimana membuat larutan penyangga yang memiliki nilai pH tertentu?
Anda dapat membuatnya dari campuran asam lemah dan basa konjugat atau
dari basa lemah dan asam konjugatnya, dengan tetapan ionisasi asam lemah
atau basa lemah mendekati konsentrasi ion H
+ atau pH yang diharapkan.
Sebagai gambaran, misalnya larutan penyangga dibuat dari asam lemah HA dan basa konjugatnya A
– . Persamaan kesetimbangan ionisasi asam adalah :
HA(aq) ? H
+(aq) + A
–(aq)
Tetapan ionisasi dari asam lemah HA adalah :
K
a =
Dengan menata ulang persamaan, diperoleh persamaan untuk konsentrasi ion H
+ , yaitu :
[H
+] = Ka x
Persamaan tersebut menyatakan konsentrasi ion H
+ dalam bentuk K
a asam lemah dikalikan dengan perbandingan konsentrasi HA dan A
– pada keadaan kesetimbangan. Jika [HA] dan [A
–] sama maka konsentrasi ion H
+ dari larutan penyangga sama dengan nilai K
a.
Anda dapat menggunakan persamaan di atas untuk menentukan nilai pH larutan penyangga, yaitu :
Ruas kiri persamaan menyatakan pH. Ruas kanan dapat disederhanakan menjadi pK
a , dimana pK
a = –log K
a . Jadi, persamaan di atas dapat ditulis dalam bentuk sebagai berikut.
pH = pK
a – log
Secara umum, persamaan tersebut dapat dinyatakan sebagai berikut.
a.
Berdasarkan teori Bronsted-Lowry
pH = pK
a – log
b.
Berdasarkan teori Arrhenius
pH = pK
a – log
Untuk larutan penyangga yang dibuat dari basa lemah dan asam konjugatnya, nilai pOH diperoleh dengan cara serupa.
a.
Berdasarkan teori Bronsted-Lowry
pH = pK
a – log
b.
Berdasarkan teori Arrhenius
pH = pK
a – log
Persamaan ini dikenal sebagai persamaan Henderson-Hasselbalch.
Untuk membuat larutan penyangga dengan pH sesuai keinginan, misalnya
pH ? 4,75, dapat dilakukan dengan mencampurkan asam lemah yang memiliki
nilai pKa sekitar 4,74. Kemudian, dicampurkan dengan garam yang
konsentrasi molarnya sama dengan asam lemah agar -log = 0 sehingga pH
= pK
a.
Contoh Soal pH Larutan Penyangga dari Asam Lemah dan Garamnya (5) :
Berapa pH larutan yang dibuat dari campuran 50 mL CH
3COOH 0,5 M dan 50 mL NaCH
3COO 0,5 M ? Diketahui K
a (CH
3COOH) = 1,8 × 10–5.
Penyelesaian :
Dalam larutan terdapat: CH
3COOH, CH
3COO
–, H
+, dan Na
+. Reaksi kesetimbangannya:
CH
3COOH(aq) ? CH
3COO
–(aq) + H
+(aq)
Konsentrasi CH
3COO
– lebih dominan dari garam dibandingkan hasil ionisasi asam asetat maka dalam perhitungan, konsentrasi CH
3COO
– ditentukan dari garamnya.
Konsentrasi CH
3COOH dalam campuran (100 mL) :
[CH
3COOH] = = 0,25 M
Konsentrasi CH
3COO
– dalam campuran (100 mL):
[CH
3COO
–] = = 0,25 M
Nilai pH larutan dihitung dengan rumus:
pH = pK
a – log
pH = pK
a– log
= – log (1,8 × 10–5) – log = 4,74
Jadi, pH larutan penyangga sebesar 4,74. Nilai ini berasal dari nilai pK
a .
Contoh Soal pH Larutan Penyangga dari Campuran Garam (6) :
Berapa pH larutan penyangga yang dibuat dari campuran 60 mL NaH
2PO
4 0,5 M dan 40 mL Na
2HPO
4 0,5 M. Diketahui K
a (H
2PO
4–) = 7,5 × 10–3.
Jawaban :
Dalam larutan terdapat: Na
+, H
+, H
2PO
4–, dan HPO
42–. Reaksi kesetimbangannya:
H
2PO
4–(aq) ? HPO
42–(aq) + H
+(aq)
Oleh karena kedua garam tersebut terionisasi sempurna maka konsentrasi H
2PO
4– dan HPO
42– sama dengan konsentrasi garam-garamnya.
Konsentrasi H
2PO
4– dalam campuran (100 mL) :
[H
2PO
4– ] = x 0,5 M = 0,3 M
Konsentrasi HPO
42– dalam volume campuran :
[HPO
42– ] = x 0,5 M = 0,2 M
Nilai pH larutan :
pH = pK
a – log
= pK
a – log
= –log (7,5 × 10
–3) – log = 1,95
Jadi, pH larutan = 1,95.
sumber:http://www.g-excess.com/kesetimbangan-ion-dalam-larutan-asam-basa.html