Bagaimana Larutan Buffer Bekerja?

Larutan Buffer adalah larutan yang dapat mempertahankan pH apabila ditambahkan sedikit asam atau basa. Apabila ditambahkan basa kuat atau basa kuat maka akan terjadi reaksi berikut :

Ditambah Asam kuat  : Garam + Asam kuat à Asam Lemah

Ditambah Basa kuat    : Asam lemah + Basa kuat à Garam

Untuk memahami cara kerja pada larutan buffer, dapat diperhatikan contoh berikut:

Soal     :

Suatu larutan buffer dibuat dengan cara mencampurkan 0,25 mol CH₃COOH dan 0,25 mol CH₃COONa. Berapa pH dari larutan buffer tersebut? Berapa pH dari larutan buffer tersebut  setelah ditambah 1,00 ml HCl 12,00 M? Berapa pH dari larutan buffer tersebut apabila ditambahkan 1,00 ml NaOH 6,00 M? Ka=1,8 x 10^-5

Penyelesaian    :

1.      Untuk pertanyaan pertama, bisa langsung menggunakan persamaan larutan buffer:

[H⁺] = Ka x ([As]/[G])      dimana As merupakan mol asam lemah dan G merupakan mol                                       garam.

[H⁺]           = 1,8 x 10^-5 x (0,25/0,25)

                  = 1,8 x 10^-5 M

pH             = - log [H⁺]

                  = - log 1,8 x 10^-5

                        = 5 – log 1,8

                  = 5 – 0,26

                  = 4,74

2.      Untuk pertanyaan kedua, apabila ke dalam larutan buffer tersebut ditambahkan asam kuat HCl, maka HCl tersebut akan bereaksi dengan garam CH₃COONa menghasilkan asam lemah.

HCl           +          CH₃COONa   à        CH₃COOH     +          NaCl

12 mmol                12 mmol                      12 mmol                      12 mmol

Jadi, mol CH₃COOH setelah penambahan HCl adalah 12 mmol. Sehingga mol total CH₃COOH adalah penjumlahan mol sebelum penambahan HCl dengan mol setelah penambahan HCl.

Mol total CH₃COOH        = 0,25 mol + 12 mmol

                                          = 250 mmol + 12 mmol

                                          = 262 mmol

Untuk garam CH₃COONa, mol awalnya adalah 0,25 mol. Akan tetapi, karena penambahan asam kuat HCl, maka sebanyak 12 mmol garam CH₃COONa bereaksi dengan asam kuat HCl seperti reaksi di atas. Sehingga mol total garam CH₃COONa adalah mol sebelum penambahan HCl dikurangi mol sesudah sesudah penambahan HCl (mol yang bereaksi dengan HCl).

Mol total CH₃COONa      = 0,25 mol – 12 mmol

                                          = 250 mmol – 12 mmol

                                          = 238 mmol

Setelah mengetahui mol total asam lemah CH₃COOH dan garam CH₃COONa, pH setelah penambahan HCl dapat dihitung.

pH = pKa + log ([G]/[As]             dimana pKa adalah pH sebelum penambahan HCl, G                                                     adalah mol garam dan As adalah mol asam.

pH             = 4,74 + log (238 mmol/ 262 mmol)

                  = 4,74 + log 0,908

                  = 4,74 – 0,0419

                  = 4,6981

3.      Untuk pertanyaan ketiga, apabila ke dalam larutan buffer tersebut ditambahkan basa kuat NaOH, maka NaOH tersebut akan bereaksi dengan asam lemah CH₃COOH menghasilkan garam.

NaOH       +          CH₃COOH     à        CH₃COONa    +          H₂O

6 mmol                  6 mmol                        6 mmol                        6 mmol

Jadi, mol CH₃COOH setelah penambahan basa kuat NaOH adalah mol CH₃COOH yang bereaksi dengan NaOH tersebut. Sehingga mol total CH₃COOH adalah mol CH₃COOH sebelum penambahan NaOH dikurangi mol CH₃COOH setelah penambahan NaOH.

Mol total CH₃COOH        = 0,25 mol – 6,00 mmol

                                          = 250 mmol – 6,00 mmol

                                          = 244 mmol

Untuk  garam CH₃COONa, mol sebelum penambahan NaOH adalah 0,25 mol dan setelah penambahan NaOH berdasarkan reaksi di atas, mol CH₃COONa menjadi 6 mmol. Sehingga mol total CH₃COONa adalah mol sebelum penambahan NaOH  ditambah mol setelah penambahan NaOH.

Mol total CH₃COONa      = 0,25 mol + 6,00 mmol

                                          = 250 mmol + 6,00 mmol

                                          = 256 mmol

Setelah mengetahui mol total asam lemah CH₃COOH dan garam CH₃COONa, pH setelah penambahan NaOH dapat dihitung.

pH = pKa + log ([G]/[As]             dimana pKa adalah pH sebelum penambahan HCl, G                                                     adalah mol garam dan As adalah mol asam.

pH             = 4,74 + log (256 mmol/244 mmol)

                  = 4,74 + log 1,049

                  = 4,74 + 0,0207

                  = 4,7607

Jadi, dapat disimpulkan bahwa penambahan sedikit asam kuat atau basa kuat pada larutan buffer (penyangga) dapat mempertahankan pH (kalaupun ada perubahan, nilainya sangatlah kecil. Apabila ditambah asam kuat, pH akan turun sedikit dan apabila ditambah basa kuat, pH akan naik sedikit).

Kemampuan larutan buffer ini dapat dibandingkan dengan larutan lain (bukan larutan buffer), misalnya air. Apabila air dalam jumlah yang sama dengan larutan buffer, katakan saja 1000 ml seperti contoh diatas, ditambahkan sedikit asam kuat (1 ml HCl 6,00 M) maka pH nya akan berubah sebagai berikut:

H₂O (l)      +          NaOH(s)         à        NaOH (aq)

Jika pH awal air 7 (netral), maka setelah ditambah NaOH(s) dan menjadi NaOH(aq) maka pHnya adalah :

pH             = 14-pOH

pH                         = 14 – log (6 x 1)

                  = 14 – 0,77

                  = 13,23