Larutan Penyangga Berdasarkan tinjauan Representasi Submikroskopik

Oleh :  Ida Farida Ch

Larutan penyangga sangat penting dalam kehidupan, terutama dalam pengaturan pH pada sistim biologi. 

Komponen Larutan Penyangga

Larutan penyangga dapat berupa; 
1)  larutan penyangga asam, komponennya : asam lemah (HA) dan basa konjugatnya (A^-) 
2) larutan penyangga basa,  komponennya : basa lemah (B) dan asam konjugatnya (BH⁺).

Secara makroskopik terdapat perbedaan yang nyata antara larutan yang hanya mengandung asam lemah (HA) dengan larutan penyangga dengan komponen asam lemah (HA) dan basa konjugatnya (A^-) , meskipun spesi-spesi utama yang terkandung dalam ke dua larutan itu sama.



Prinsip Kerja Larutan Penyangga

Cara kerja larutan penyangga  dapat dijelaskan dengan melalui fenomena yang dikenal sebagai pengaruh ion senama atau common-ion effect (Silberberg, 2009 ; Mc Murry & Fay, 2012).  

Contohnya : pengaruh ion senama yang terjadi  ketika  ke dalam asam asetat yang terdisosiasi dalam air ditambahkan sejumlah natrium asetat. 

Asam asetat hanya sedikit terdisosiasi dalam air, seperti dinyatakan dalam persamaan berikut ini : CH₃COOH (aq) + H₂O (l)⇄  CH₃COO^- (aq) +  H₃O⁺  (aq)        

Natrium asetat menyuplai ion senama, yaitu ion CH₃COO^-  ke dalam sistem kesetimbangan tersebut. Penambahan ion senama CH₃COO^-  akan menggeser posisi kesetimbangan ke arah pembentukan kembali reaktan (ke kiri), sedangkan konsentrasi ion H₃O⁺ menurun, sebagai efek untuk menurunkan   terjadinya disosiasi asam.

Hal yang sama terjadi, jika sejumlah asam asetat dilarutkan dalam larutan natrium asetat (atau ion asetat dan ion H₃O⁺ dari asam asetat masuk ke dalam larutan garam natrium asetat).  Ion-ion asetat yang sudah ada dalam larutan bertindak menekan disosiasi asam sehingga disosiasinya menjadi tak sebanyak bila dalam air murni, akibatnya konsentrasi ion H₃O⁺ dalam larutan tetap rendah (pH tinggi).   Efek menurunkan atau ‘menekan’ terjadinya disosiasi asam asetat oleh ion asetat yang ditambahkan itulah yang disebut dengan pengaruh ion senama (common ion effect).  
Berikut ini diagram  yang menjelaskan pengaruh ion senama terhadap kesetimbangan disosiasi asam asetat.

Bila larutan penyangga ditambahkan sedikit asam kuat ataupun basa kuat (ion H₃O⁺ atau OH^-), pH larutan cenderung tidak mengalami perubahan, hingga kapasitas penyangga tertentu. Pengaruh penambahan ion H₃O⁺ atau ion OH^- digambarkan melalui diagram berikut ini :

Gambar . Representasi submikroskopik dan simbolik cara kerja larutan penyangga (diadaptasi dari Silberberg, 2009)

Kapasitas Penyangga

Kemampuan larutan penyangga untuk tetap dapat mempertahankan pH disebut kapasitas larutan penyangga. Kemampuan ini tergantung pada   harga pK_a dan jumlah molar relatif dari pasangan asam-basa konjugat. Penting untuk diperhatikan bahwa pH larutan penyangga berbeda dengan kapasitas penyangga. Suatu larutan penyangga yang dibuat dari volume yang sama 1,0 M CH₃COOH dan  1,0 M CH₃COO^-  memiliki pH yang sama, yaitu 4,7  dengan larutan penyangga yang dibuat dari volume yang sama 0,1 M CH₃COOH dan  0,1 M CH₃COO^-. Namun larutan penyangga yang lebih pekat memiliki kapasitas penyangga yang lebih besar. 

Kapasitas penyangga dipengaruhi oleh konsentrasi relatif dari komponen penyangga. Suatu larutan penyangga paling efektif jika perbandingan konsentrasi asam lemah dan basa konjugat = 1. 

Larutan penyangga dapat efektif pada rasio konsentrasi asam-basa berada pada kisaran: 0,1 < [basa konjugat]:[asam] < 10. 

Dengan menggunakan persamaan Henderson-Hasselbalch dapat dihitung pH maksimum dan minimum yaitu pada kisaran pH = pK_a ± 1.

pH = pK_a + log [basa konjugat]/[asam lemah] 

Jadi ketika memilih suatu asam untuk membuat larutan penyangga, maka dipilih salah satu asam yang memiliki harga pK_a mendekati pH yang diinginkan. 

Perhitungan pH larutan Penyangga digambarkan dalam diagram berikut ini :