Larutan penyangga adalah materi kimia yang ada di kelas 11. Kamu sudah mempelajarinya, Sobat Pintar? Kalau belum, kali ini kita belajar tentang larutan penyangga, yuk! 

Pengertian Larutan Penyangga

Photo by Chokniti Khongchum on Pexels

Larutan penyangga adalah jenis larutan yang dapat mempertahankan pH yang stabil ketika terjadi penambahan asam atau basa. Larutan ini terdiri dari asam lemah atau basa lemah serta garam yang merupakan hasil dari reaksi antara asam dan basa tersebut. Penggunaan larutan penyangga sangat penting dalam berbagai aplikasi industri, seperti dalam pembuatan makanan, farmasi, dan pemurnian air.

Fungsi dan Manfaat Larutan Penyangga

Photo by Pixabay on Pexels

Larutan penyangga memiliki beragam fungsi penting dalam berbagai aplikasi industri. Salah satu fungsi larutan penyangga adalah dalam pembuatan makanan.

Dalam proses pembuatan makanan, larutan penyangga digunakan untuk mempertahankan pH pada berbagai produk makanan, seperti sosis, keju, dan minuman ringan. Selain itu, larutan penyangga juga digunakan dalam pembuatan obat-obatan untuk mempertahankan stabilitas pH dari berbagai jenis obat.

Sifat Larutan Penyangga

Photo by Polina Tankilevitch on Pexels

Larutan penyangga memiliki sifat sebagai buffer, sehingga dikenal juga sebagai larutan buffer. Sebagaimana sifat larutan penyangga yang mampu menetralkan kelebihan asam atau basa yang ditambahkan, larutan buffer adalah larutan yang juga memiliki kemampuan untuk menjaga kestabilan pH dalam larutan.

Sifat menetralkan ini terjadi karena stabilnya konsentrasi ion hidrogen (H+) pada larutan penyangga ketika terjadi penambahan asam atau basa. Dengan kata lain, keseimbangan tersebut disebabkan oleh adanya reaksi antara asam lemah dengan basa kuat atau basa lemah dengan asam kuat di dalam larutan.

Jenis dan Contoh Larutan Penyangga

Photo by RF._.studio on Pexels

Larutan penyangga terdiri dari dua jenis. Satu jenis larutan penyangga adalah larutan penyangga asam, sedangkan satu jenis lainnya adalah larutan penyangga basa. 

Jenis larutan penyangga asam terdiri dari asam lemah dan garam yang terbentuk dari basa kuat dan asam lemah. Contoh larutan penyangga asam adalah asam asetat dan natrium asetat. Asam asetat (CH3COOH) adalah asam lemah yang dapat bereaksi dengan natrium hidroksida (NaOH) membentuk natrium asetat (CH3COONa) dan air (H2O). Natrium asetat memiliki kemampuan untuk menetralkan asam dan menjaga pH tetap stabil.

Jenis larutan penyangga basa terdiri dari basa lemah dan garam yang terbentuk dari asam kuat dan basa lemah. Contoh larutan penyangga basa adalah amonia (NH3) dan amonium klorida (NH4Cl). Amonia merupakan basa lemah yang bereaksi dengan asam klorida (HCl) membentuk amonium klorida (NH4Cl) dan air (H2O). Amonium klorida dapat menetralkan basa dan menjaga pH tetap stabil.

Prinsip Kerja Larutan Penyangga

Photo by Kindel Media on Pexels

Prinsip kerja larutan penyangga adalah terbentuknya keseimbangan antara asam lemah dan basa kuat atau basa lemah dan asam kuat. Ketika asam atau basa ditambahkan ke dalam larutan penyangga, maka akan terjadi perubahan keseimbangan tetapi konsentrasi ion hidrogen (H+) tetap stabil. Hal ini diakibatkan oleh adanya reaksi kimia yang terjadi antara asam atau basa dengan garam yang ada dalam larutan penyangga. Reaksinya dapat dinyatakan sebagai berikut:

Asam lemah + basa kuat --> garam + air Basa lemah + asam kuat --> garam + air

Contoh reaksi pada larutan penyangga asam adalah sebagai berikut:

CH3COOH + NaOH -->CH3COONa + H2O

Contoh reaksi pada larutan penyangga basa adalah sebagai berikut:

NH3 + HCl -->NH4Cl + H2O

Rumus Larutan Penyangga

Rumus dasar larutan penyangga adalah sebagai berikut:

pH = pKa + log [A-] / [HA]

Keterangan:

- pH = nilai pH larutan penyangga

- pKa = konstanta asam dari zat asam lemah yang terkandung dalam larutan

- [A-] = konsentrasi basa konjugat dalam larutan

- [HA] = konsentrasi asam lemah dalam larutan

Dalam rumus larutan penyangga ini, pKa merupakan ukuran kekuatan asam lemah, sedangkan rasio konsentrasi [A-] / [HA] menggambarkan kekuatan dari pasangan asam-basa konjugat dalam larutan. Jika konsentrasi asam lemah dan basa konjugat dalam larutan berada dalam kisaran yang tepat, maka larutan penyangga akan mampu mempertahankan pH yang stabil dalam lingkungan tertentu. Inilah yang dimaksud dengan sistem larutan penyangga.

Rumus larutan penyangga di atas dapat digunakan untuk menghitung pH larutan penyangga pada berbagai kondisi, seperti ketika terjadi penambahan asam atau basa. Rumus larutan penyangga juga dapat digunakan ketika terjadi perubahan konsentrasi asam lemah atau basa lemah dalam larutan. Saat menggunakan rumus ini, unit pengukuran konsentrasi asam lemah dan basa lemah dalam larutan harus sama, seperti mol/L atau mM.

Selain rumus dasar di atas, terdapat pula rumus lain yang terkait dengan larutan penyangga, seperti rumus kapasitas penyangga (buffer capacity) dan rumus perubahan pH larutan penyangga akibat penambahan asam atau basa. Pengetahuan mengenai rumus-rumus tersebut sangat penting dalam penggunaan dan pembuatan larutan penyangga yang tepat dan efektif.

Contoh Soal Larutan Penyangga

Buatlah larutan penyangga dengan pH 5,8 dengan menggunakan asam asetat (CH3COOH) dan natrium asetat (NaCH3COO). Jika diketahui pKa asam asetat adalah 4,76, hitung konsentrasi yang dibutuhkan untuk masing-masing zat.

Pertama, kita harus menentukan rasio antara asam lemah dan basa lemah yang dibutuhkan untuk membuat larutan penyangga dengan pH 5,8. Kita dapat menggunakan persamaan Henderson-Hasselbalch:

pH = pKa + log ([A-]/[HA])

Kita tahu bahwa pH = 5,8 dan pKa asam asetat (CH3COOH) = 4,76. Kita juga tahu bahwa natrium asetat (NaCH3COO) akan berfungsi sebagai basa lemah (A-), sedangkan asam asetat (CH3COOH) akan berfungsi sebagai asam lemah (HA).

Maka: 5,8 = 4,76 + log ([NaCH3COO]/[CH3COOH])

1,04 = log ([NaCH3COO]/[CH3COOH])

Dari sini, kita dapat menentukan rasio [NaCH3COO]/[CH3COOH] dengan menggunakan nilai antilogaritma dari 1,04, yaitu sebesar 10^1,04 = 11,5. Artinya, [NaCH3COO]/[CH3COOH] = 11,5.

Selanjutnya, kita dapat menghitung konsentrasi masing-masing zat. Misalnya, jika kita ingin membuat larutan penyangga dengan konsentrasi 0,1 M, maka konsentrasi asam asetat (CH3COOH) harus 0,1 M / (11,5+1) = 0,0087 M, sedangkan konsentrasi natrium asetat (NaCH3COO) harus 0,1 M x 11,5 / (11,5+1) = 0,0913 M.

Dalam pembuatan larutan penyangga, perlu dilakukan pengukuran yang akurat saat menambahkan asam lemah dan basa lemah agar menghasilkan pH yang diinginkan. Penggunaan larutan penyangga juga perlu diperhatikan. Larutan penyangga memiliki batas kapasitas tertentu dalam menetralkan asam atau basa, sehingga penggunaannya perlu disesuaikan dengan kebutuhan.

Kesimpulan

Larutan penyangga adalah jenis larutan yang memiliki kemampuan untuk mempertahankan pH yang stabil ketika terjadi penambahan asam atau basa. Sifat larutan penyangga bergantung pada konsentrasi asam lemah dan basa lemah di dalam larutan serta pKa zat asam lemah tersebut.

Jenis larutan penyangga dapat dibedakan berdasarkan pH larutan, yaitu larutan penyangga asam dan larutan penyangga basa.

Fungsi larutan penyangga sangat penting dalam berbagai aplikasi di laboratorium dan industri. Prinsip kerja larutan penyangga adalah dengan mempertahankan pH larutan yang stabil melalui reaksi asam-basa yang seimbang antara asam lemah dan basa lemah atau garam yang terbentuk dari kedua zat tersebut.

Penggunaan larutan penyangga perlu diperhatikan. Larutan penyangga memiliki batas kapasitas tertentu dalam menetralkan asam atau basa, sehingga penggunaannya perlu disesuaikan dengan kebutuhan.

Barangkali sekarang kamu bertanya-tanya tentang larutan penyangga dalam tubuh. Nah, mau tau contoh larutan penyangga dalam kehidupan sehari-hari, Sobat Pintar? Tuntaskan rasa penasaranmu dengan belajar melalui aplikasi Aku Pintar!

Penulis: Muhammad Fahmi Ridlo

Penyunting: Deni Purbowati