2 Rumus Buffer dan 5 Contoh Beserta Jawabannya

Larutan buffer atau larutan penyangga menjadi bagian dari studi kimia tentang larutan. Banyak manfaat dari larutan penyangga buffer dalam kehidupan manusia bahkan dalam tubuh manusia pun terdapat sistem larutan buffer yang berperan mempertahankan pH dalam darah. Pembahasan tentang larutan buffer sangat terkait dengan pembahasan pH larutan.

Terkait materi dalam dunia pendidikan, buffer dan pH juga sangat berkaitan dengan rumus dan perhitungan. Studi tentang larutan buffer ini diperlukan untuk menentukan dan menghitung kenaikan ataupun penurunan pH dari suatu larutan.

Buffer

Buffer adalah serangkaian bentuk larutan asam dan basa lemah dengan basa serta asam konjugasinya yang berfungsi menjaga pH larutan supaya tidak berubah secara drastis ketika terjadi penambahan asam atau basa. Larutan buffer terdiri dari buffer asam dan buffer basa.

Buffer asam memiliki pH kurang dari 7 dan terbentuk dari asam lemah dengan garamnya. Sedangkan buffer basa memiliki pH lebih dari 7 dan terbuat dari basa lemah dengan garamnya.

Larutan buffer bekerja dengan menghilangkan ion hidrogen (H⁺) ataupun ion hidroksida (OH^–) untuk mencegah perubahab pH. Larutan buffer asam dan buffer basa bekerja dengan caranya masing-masing. Secara sederhana, ketika sejumlah asam kuat (penambahan H⁺) ditambahkan dalam campuran asam lemah dan basa konjugasinya maka kesetimbangan kimia akan bergeser ke kiri sesuai prinsip Le Chatelier.

Hal ini menyebabkan konsentrasi dalam ciri ion hidrogen [H⁺] meningkat. Sebaliknya ketika basa kuat ditambahkan ke dalam campuran, konsentrasi ion hidrogen [H⁺] akan berkurang. Hal ini disebabkan karena reaksi bergeser ke arah kanan yang menyebabkan pengurangan H⁺.

Penambahan jumlah yang sama asam ataupun basa pada larutan dengan sistem buffer dan larutan tanpa sistem buffer dapat menghasilkan perubahan pH yang berbeda. Sebagai contoh penambahan asam kuat ke dalam larutan buffer akan menurunkan sedikit pH larutan. Sedangkan penambahan asam kuat dengan jumlah dan konsentrasi yang sama ke dalam air tanpa buffer akan menurunkan pH larutan dalam jumlah yang lebih tinggi.

Dalam tubuh manusia, buffer memiliki peranan yang sangat penting dimana keberadaan buffer ini mampu mempertahankan pH darah untuk tetap netral. Ketika terjadi kenaikan ataupun penurunan pH secara drastis pada darah hal itu sangat berbahaya karena dapat menyebabkan kematian.

Rumus Buffer

Dalam melakukan perhitungan larutan buffer, dapat dipergunakan rumus berikut.

1. Buffer asam

Berikut rumusanya;

Ka =[H⁺][basa konjugasi]/[asam]

Dengan demikian,

[H⁺] = Ka x [asam]/[basa konjugasi]  = Ka x [mol asam]/[mol basa konjugasi]

pH = – log [H⁺]

Untuk menghitung pH suatu larutan dapat dilakukan dengan menentukan jumlah mol dari asam dan mol garam dari konsentrasinya yang telah diketahui. Selanjutnya tetapan Ka dari asam yang juga telah diketahui dimasukkan ke dalam rumus tersebut untuk menentukan konsentrasi H⁺. Nilai yang diperoleh dari konsentrasi H⁺ lalu dapat digunakan untuk menentukan pH larutan dengan rumus tersebut.

2. Buffer basa

Rumusanya adalah;

Kb =[OH^–][asam konjugasi]/[basa]

Dengan demikian,

[OH^–] = Kb [basa]/[asam konjugasi]  = Kb x [mol basa]/[mol asamkonjugasi]

pOH = – log [OH^–]

pH = 14 – pOH

Sama seperti dalam larutan buffer asam, untuk menentukan pH dalam larutan buffer basa dapat dengan menentukan mol basa dan mol garam dari konsentrasi yang telah diketahui. Selanjutnya konsentrasi OH^– dapat dihitung dan dapat digunakan untuk menentukan nilai pOH. Nilai pOH dapat dikonversi menjadi pH dengan mengurangkannya dengan angka 14.

Contoh Soal Buffer

Adapun untuk beberapa contoh soal dalam laruran penyangga buffer dan contoh jawabannya, antara lain sebagai berikut;

1. Larutan buffer dibuat dari asam asetat 1 M dan natrium asetat 1 M. Tentukan pH larutan tersebut (Ka asam asetat = 1.76 x 10^-5)

Jawabannya

Tahap 1

Tentukan konsentrasi H⁺ dengan rumus:

[H⁺]  = 1.76 x 10^-5 (1/1)   = 1.76 x 10^-5

Tahap 2

Setelah diketahui konsentrasi H⁺, maka pH dapat dihitung dengan rumus:

pH = – log [H⁺] = – log (1.76 x 10^-5) = 4.75

Jadi pH larutan buffer yang dibuat dari 1 M asam asetat dan 1 M natrium asetat yaitu sebesar 4.75.

2. Hitung pH dari 0.5 L larutan buffer yang terbentuk dari 0.7 M asam format (HCOOH) dengan 0.5 M natrium format (HCOONa) dengan Ka asam format = 1.77 x 10^-4.

Jawabannya

Tahap 1

Tentukan konsentrasi H⁺ dengan rumus:

[H⁺] = 1.77 x 10^-4 (0.7/0.5)   = 2.478 x 10^-4 M

Tahap 2

Setelah diketahui konsentrasi H⁺, maka pH dapat dihitung dengan rumus:

pH = – log [H⁺] = – log (2.478 x 10^-4) = 3.605

Jadi pH larutan buffer yang dibuat dari 0.7 M asam format dan 0.5 M natrium format yaitu sebesar 3.605.

3. Tentukan perubahan pH setelah penambahan 50 mL larutan NaOH 1 M ke dalam larutan soal no 2.

Jawabannya

Tahap 1

Tentukan mol dari asam format dan natrium format sebelum penambahan NaOH.

HCOOH: (0.7 M) (0.5 L) = 0.35 mol
HCOONa: (0.5 M) (0.5 L) = 0.25 mol

Tahap 2

Tentukan jumlah mol dari NaOH.

NaOH: (1 M) (0.05 L) = 0.05 mol

Tahap 3

NaOH bereaksi dengan perbandingan molar 1:1 dengan HCOOH.

HCOOH: 0.35 mol − 0.05 mol = 0.3 mol
HCOONa: 0.25 mol + 0.05 mol = 0.3 mol

Tahap 4

Tentukan konsentrasi H⁺ setelah bereaksi dengan NaOH

[H⁺] = 1.77 x 10^-4  (0.3/-0.3)   = 1.77 x 10^-4  M

Tahap 5

Tentukan pH setelah reaksi dengan NaOH.

pH = – log [H⁺] = – log (1.77 x 10^-4 ) = 3.752

Jadi pH larutan setelah penambahan NaOH adalah 3.752.

4. Suatu larutan terdiri dari asam asetat (CH₃COOH) dengan konsentrasi 0.05 M dan juga 0.05 M natrium asetat (CH₃COONa). Hitung perubahan pH jika 0.001 mol HCl ditambahkan dalam satu liter larutan. Bandingkan pH jika HCl dengan jumlah yang sama ditambahkan dalam satu liter air murni (diketahui Ka asam asetat = 1.76 x 10^-5 )

Jawabannya

Tahap 1

Tentukan konsentrasi [H⁺]:

CH₃COOH (aq) ⇋ H⁺ (aq) + CH₃COO^– (aq)

CH_3­COONa akan terdisosiasi menghasilkan ion Na⁺ dan CH­­₃COO^– yang terlarut dalam air.

Sebelum penambahan HCl, kesetimbangan asam asetat adalah :

Ka = [H⁺] [CH₃COO^–] / [CH₃COOH] = x [ 0.05] / [0.05]

x = [H⁺] = Ka = 1.76 x 10^-5 M

pH = – log [1.76 x 10^-5] = 4.75

Tahap 2

Penambahan HCl akan menambah jumlah proton:

CH₃COO^– + H⁺ (dari HCl) → CH₃COOH

Maka [CH₃COOH] = 0.051 M dan [CH₃COO^–] = 0.049 M sebelum kesetimbangan tercapai

CH₃COOH (aq) ⇋ H⁺ (aq) + CH₃COO^– (aq)

Ka = x [ 0.049] / [0.051]

x = [H⁺] = (1.76 x 10^-5) = 1.83 x 10^-5 M

pH = 4.74

Dengan keberadaan buffer tersebut dalam larutan, pH hanya turun sebesar 0.01 angka dari 4.75 menjadi 4.74 dengan penambahan 0.001 mol asam kuat HCl.

Tahap 3

Penambahan 0.001 M HCl ke dalam air:

pH = -log [H⁺] = – log [1 x 10^-3] = 3

Tanpa buffer, penambahan HCl dalam jumlah yang sama akan menghasilkan pH akhir air menjadi 3.

5. Tentukan pH larutan ketika 25 mL larutan asam asetat 0.2 M dicampurkan dengan 35 mL larutan NaOH 0.1 M (diketahui pKa asam asetat = 4.752)

Tahap 1

Tentukan mol masing masing larutan.

(0.2 M) (0.025 L) = 0.005 mol asam asetat
(0.1 M) (0.035 L) = 0.0035 mol NaOH

Tahap 2

Asam asetat dan NaOH bereaksi dengan perbandingan molar 1:1, tentukan mol setelah reaksi.

Asam asetat: 0.005 mol − 0.0035 mol = 0.0015 mol

Asam asetat bereaksi dengan NaOH menghasilkan natrium asetat. Dalam larutan akan terdapat 0.0035 mol ion asetat.

Tahap 3

pH = pKa + log

pH = 4.752 + log (0.0035 / 0.0015)

pH = 4.752 + 0.368

pH = 5.120

Jadi pH larutan setelah penambahan NaOH adalah 5.12.

Demikian pembahasan mengenai rumus larutan buffer beserta contoh soalnya dan juga cara penyelesaiannya dengan mudah. Semoga tulisan ini bisa menambah pengetahuan dan bermanfaat bagi semua pecinta ilmua kimia yang mempelukan,