Mekanisme Menghitung pH Larutan Penyangga

Larutan penyangga atau larutan buffer adalah larutan yang berperan untuk mempertahankan harga pH meskipun terjadi perubahan dalam suatu larutan, seperti menambahkan asam, menambahkan basa atau melakukan proses pengenceran. 

Gambar Ilustrasi

Larutan penyangga dibedakan menjadi dua jenis, yaitu :

a. Larutan Penyangga Asam

Larutan penyangga asam adalah larutan yang mengandung asam lemah (HA) dan basa konjugasi (A^-).

Proses pembuatan larutan penyangga asam dapat dilakukan dengan dua cara, yaitu :

1. Mencampurkan asam lemah dengan garam (LA), hingga menghasilkan basa konjugasi dari asam lemah tersebut.

Contoh : campuran dari larutan CH₃COOH dan CH₃COONa akan menghasilkan CH₃COO-.

2. Mencampurkan asam lemah dalam jumlah berlebih dengan basa kuat, hingga menghasilkan garam yang mengandung basa konjugasi dari asam lemah tersebut.

Contoh : campuran dari larutan CH₃COOH dan CH₃COOK akan menghasilkan CH₃COO-.

Rumus :

pH = pKa – log a/g

[H⁺] = Ka x [asam lemah]

                  [basa konjugasi]

Keterangan :

Ka = tetapan kesetimbangan asam lemah

a   = jumlah mol asam lemah

g   = jumlah mol basa konjugasi

basa konjugasi = garam

b. Larutan Penyangga Basa

Larutan penyangga basa adalah larutan yang mengandung basa lemah (B) dan asam konjugasi (BH⁺).

Proses pembuatan larutan penyangga basa dapat dilakukan dengan dua cara, yaitu :

1. Mencampurkan basa lemah dengan garam, hingga menghasilkan asam konjugasi dari basa lemah tersebut.

Contoh : campuran dari larutan NH₄OH dan NH₄Cl akan menghasilkan NH₄⁺.

2. Mencampurkan basa lemah dalam jumlah berlebih dengan asam kuat, hingga menghasilkan garam yang mengandung asam konjugasi dari basa lemah tersebut.

Contoh : campuran dari larutan NH₄OH dan (NH₄)₂SO₄ akan menghasilkan NH₄⁺.

Rumus :

pOH = pKb – log b/g

                

[OH^-] = Kb x [basa lemah]    [asam konjugasi]

pH = 14 – pOH

Keterangan :

Kb = tetapan kesetimbangan basa lemah

b   = jumlah mol basa lemah

g   = jumlah mol asam konjugasi

asam konjugasi = garam

Cara Menghitung pH Larutan Penyangga 

Diketahui larutan penyangga dari 100 mL larutan CH₃COOH 0,1 M dengan 100 mL larutan CH₃COONa 0,1 M. Berapakah pH jika dalam larutan penyangga ditambahkan :

a. 10 mL larutan HCl 0,1 M

b. 10 mL larutan NaOH 0,1 M

Jawab :

Terlebih dahulu mencari pH sebelum ditambahkan larutan HCl maupun larutan NaOH agar bisa mengetahui perubahan pH-nya.

100 mL dijadikan ke liter menjadi 0,1 L.

CH₃COONa adalah garam

Ka dari CH₃COOH biasanya adalah 1 x 10^-5.

mol CH₃COOH = M x V = 0,1 x 0,1 = 0,01 mol

mol CH₃COONa = M x V = 0,1 x 0,1 = 0,01 mol

Volume total = 0,1 + 0,1 = 0,2 L

Satuan molaritas (M) adalah mol/L, meskipun rumus M = n/V, tetapi pada soal telah diketahui jumlah mol-nya, maka berlaku rumus

[CH₃COOH] = mol/L = 0,01/0,2 = 0,05 M

[CH₃COONa] = mol/L = 0,01/0,2 = 0,05 M

[H⁺] = Ka x [asam lemah]

                   [basa konjugasi]

      = 1 x 10^-5 x 0,05  = 1 x 10^-5  M

                           0,05

pH  = -log [H⁺]

      = -log 10^-5

      = - (-5). log 10

      = 5 . 1 = 5

Jadi, pH mula-mula adalah 5

a. pH setelah ditambah larutan HCl

10 mL dijadikan liter = 0,01 L

mol HCl = M x V = 0,1 x 0,01 = 0,001 mol

Pada penambahan 0,001 mol HCl, maka mol CH₃COONa akan berkurang 0,001 mol karena HCl akan bereaksi dengan CH₃COONa.

Sisa CH₃COONa = mol mula-mula – mol bereaksi

                              = 0,01 – 0,001 = 0,009

Sisa CH₃COOH = mol mula – mula + mol HCl

                            = 0,01 + 0,001 = 0,011

Sisa HCl = mol mula-mula – mol bereaksi

                     = 0,001 – 0,001 = 0

[H+] = Ka x (mol CH₃COOH)

                    (mol CH₃COONa)

        = 10^-5 x 0,011 = 1,2 x 10^-5 M

                     0,009

pH = -log [H⁺]

     = -log 1,2 x 10^-5

       = - [log 1,2 + (-5) log 10]

     = - [log 1,2 + (-5) 1]

     = - [log 1,2 – 5]

     = 5 – log 1,2

     = 5 – 0,079 = 4,921

*log dari 1,2 bisa didapat dari kalkulator online di Google, tinggal ketik log 1,2 =

b. pH setelah ditambah larutan NaOH

10 mL dijadikan liter = 0,01 L

mol NaOH = M x V = 0,1 x 0,01 = 0,001 mol

Pada penambahan 0,001 mol NaOH, maka mol CH₃COOH akan berkurang 0,001 mol karena NaOH akan bereaksi dengan CH₃COOH.

Sisa CH₃COOH = mol mula-mula – mol bereaksi

                             = 0,01 – 0,001 = 0,009

Sisa CH₃COONa = mol mula – mula + mol NaOH

                                = 0,01 + 0,001 = 0,011

Sisa NaOH = mol mula-mula – mol bereaksi

                        = 0,001 – 0,001 = 0

[H+] = Ka x (mol CH₃COOH)

                     (mol CH₃COONa)

        = 10^-5 x 0,009 = 0,8 x 10^-5 M

                     0,011

pH = -log [H⁺]

     = -log 0,8 x 10^-5

       = - [log 0,8 + (-5) log 10]

     = - [log 0,8 + (-5) 1]

     = - [log 0,8 – 5]

     = 5 – log 0,8

     = 5 – (-0,096)

     = 5 + 0,096 = 5,096

*log dari 0,8 bisa didapat dari kalkulator online di Google, tinggal ketik -log 0,8=

Kapasitas (Daya Penahan) Larutan Penyangga

Kapasitas atau daya penahan dari larutan penyangga bergantung pada jumlah mol dari komponen penyangga.

Semakin besar jumlah mol komponen penyangga, maka semakin besar kemampuan larutan penyangga mempertahankan pH.

Jika komponen asam terlalu sedikit, maka penambahan sedikit basa dapat mengubah pH suatu larutan.

Jika komponen basa terlalu sedikit, maka penambahan sedikit asam akan mengubah pH suatu larutan.

Sebaiknya perbandingan komponen-komponen larutan penyangga adalah 0,1 sampai 10. Jika lebih dari itu, maka sifat larutan penyangga akan berkurang. Dengan batas perbandingan tersebut, maka pH suatu larutan penyangga adalah ± 1.