Pengertian dan Aplikasi Larutan Penyangga

Pengertian dan Aplikasi Larutan Penyangga- Sebagaimana diuraikan sebelumnya, jika ke dalam larutan garam yang kation atau anionnya terhidrolisis, misalnya larutan NH4Cl ditambahkan NH3 maka akan terbentuk kesetimbangan antara ion NH4+ dan NH3. Sistem larutan seperti ini dinamakan larutan penyangga. Salah satu sifat penting dari larutan penyangga adalah dapat mempertahankan pH larutan.

a. Pengertian 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, NH3COOH dan CH3COONa. Demikian juga jika larutan mengandung campuran basa lemah dan garam yang kationnya senama dengan basa lemah akan membentuk larutan penyangga. Contohnya, NH4OH dan NH4Cl. Berdasarkan Teori Asam-Basa Bronsted-Lowry, larutan yangmengandung 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 NaH2PO4 dan Na2HPO4. Jika kedua garam ini dicampurkan, akan terbentuk larutan penyangga.

Misalkan kita mencampurkan 50 mL larutan CH3COOH 0,5 M dan 50 ml larutan CH3COONa 0,5 M. spesi utama yang terdapat dalam larutan penyangga adalah CH3COOH, CH3COO–, Na+, H+, dan H2O. Asam asetat adalah asam lemah dan dalam larutan terionisasi sebagian membentuk kesetimbangan:

CH3COOH(aq)⇄ CH3COO–(aq) + H+(aq)

Garam natrium asetat terionisasi sempurna membentuk ion Na+ dan ion CH3COO–. Persamaan reaksinya sebagai berikut.

CH3COONa(aq)→Na+(aq) + CH3COO–(aq)

Konsentrasi ion CH3COO– dari garam lebih banyak dibandingkan dari hasil ionisasi asam asetat. Akibatnya, di dalam larutan, konsentrasi ion CH3COO– 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

Kemudian kita campurkan kembali 50 mL NaH2PO4 0,5 M dan 50 mL Na2HPO4 0,5 M. spesi utama yang terdapat dalam larutan penyangga adalah: Na+, H2PO4–, HPO42–, H+, dan H2O. Dalam larutan, garam natrium dihidrogen fosfat dan natrium hydrogen fosfat terionisasi sempurna, persamaan reaksinya sebagai berikut.

NaH2PO4(aq)→Na+(aq) + H2PO4–(aq)

Na2HPO4(aq)→2Na+(aq) + HPO42–(aq)

Kedua anion tersebut membentuk asam basa konjugat dan berada dalam keadaan kesetimbangan. Oleh karena ion H2PO4– memiliki tingkat keasaman lebih kuat dibandingkan ion HPO42– maka H2PO4– berperan sebagai asam dan HPO42– sebagai basa konjugatnya. Persamaan reaksinya sebagai berikut.

H2PO4–(aq)⇄ HPO42–(aq) + H+(aq)

Oleh karena ion H2PO4– berasal dari garam NaH2PO4 dan ion HPO42–dari garam Na2HPO4 maka konsentrasi ion-ion dalam system kesetimbangan ditentukan oleh konsentrasi garam-garamnyb. Aplikasi Prinsip Larutan Penyangga

1. Larutan Penyangga dalam darah
   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 H2CO3dan basa konjugatnya:
   HCO3– (dari garam NaHCO3 dan KHCO3). 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.
   Untuk menjaga pH darah agar stabil, di dalam darah terdapat beberapa larutan penyangga alami, yaitua. Penyangga hemoglobinOksigen merupakan zat utama yang diperlukan oleh sel tubuh yang didapatkan melalui pernapasan. Oksigen diikat oleh hemoglobin di dalam darah, di mana O2 sangat sensitif terhadap pH. Reaksi kesetimbangan yang terjadi dapat dituliskan sebagai berikut.HHb+ + O2H+ + HbO2
   Asam hemoglobinProduk buangan dari tubuh adalah CO2- yang di dalam tubuh bisa membentuk senyawa H2CO3 yang nantinya akan terurai menjadi H+ dan HCO3–. Penambahan H+ dalam tubuh akan mempengaruhi pH, tetapi hemoglobin yang telah melepaskan O2 dapat mengikat H+ membentuk asam hemoglobin.b. Penyangga karbonat
   Penyangga karbonat juga berperan dalam mengontrol pH darah. Reaksi kesetimbangan yang terjadi sebagai berikut.
   H+(aq) + HCO–(aq) ⇄ H2CO3(aq) ⇄  H2O(aq) + CO2(aq)
   Perbandingan molaritas HCO3– terhadap H2CO3 yang diperlukan untuk mempertahankan pH darah 7,4 adalah 20:1. Jumlah HCO3– yang relatif jauh lebih banyak itu dapat dimengerti karena hasil-hasil metabolisme yang diterima darah lebih banyak bersifat asam.
   c. Penyangga fosfat
   Penyangga fosfat merupakan penyangga yang berada di dalam sel. Penyangga ini adalah campuran dari asam lemah H2PO4– dan basa konjugasinya, yaitu HPO42–. Jika dari proses metabolisme sel dihasilkan banyak zat yang bersifat asam, maka akan segera bereaksi dengan ion HPO42–,
   HPO42–(aq) + H+(aq) ⇄ H2PO4–(aq)
   Dan jika pada proses metabolisme sel menghasilkan senyawa yang bersifat basa, maka ion OH– akan bereaksi dengan ion H2PO4–, H2PO4–(aq) + OH–(aq) HPO4–(aq) + H2O(l)
   Sehingga perbandingan [H2PO4–]/[HPO42–] selalu tetap dan akibatnya pH larutan tetap. Penyangga ini juga ada di luar sel, tetapi jumlahnya sedikit. Selain itu, penyangga fosfat juga berperan sebagai penyangga urin.
2. Larutan penyangga dalam obat-obatan. Sebagai obat penghilang rasa nyeri, aspirin mengandung asam asetilsalisilat. Beberapa merek aspirin juga ditambahkan zat untuk menetralisir kelebihan asam di perut, seperti MgO. Obat suntik atau obat tetes mata, pH-nya harus disesuaikan dengan pH cairan tubuh. Obat tetes mata harus memiliki pH yang sama dengan pH air mata agar tidak menimbulkan iritasi yang mengakibatkan rasa perih pada mata. Begitu pula obat suntik harus disesuaikan dengan pH darah.
3. Larutan penyangga dalam industri.  Dalam industri, larutan penyangga digunakan untuk penanganan limbah. Larutan penyangga ditambahkan pada limbah untuk mempertahankan pH 5-7,5. Hal itu untuk memisahkan materi organik pada limbah sehingga layak di buang ke perairan.
4. Larutan penyangga dalam air laut
   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 NaHCO3 dan gas CO2 dari udara yang terlarut. Di dalam air laut, gas CO2 terlarut dan bereaksi dengan air membentuk asam karbonat. Persamaan reaksinya sebagai berikut.
   H2O(l) + CO2(g)⇄ H2CO3(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:
   H2CO3(aq)⇄ HCO3–(aq) + H+(aq)
   Konsentrasi H2CO3 berasal dari gas CO2 terlarut dan konsentrasi HCO3–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.