Larutan penyangga adalah larutan yang dapat mempertahankan nilai pH tertentu. Larutan ini dibedakan menjadi dua macam yaitu larutan penyangga asam dan larutan penyangga basa. Larutan penyangga asam adalah larutan yang dapat mempertahankan nilai pH pada kondisi asam (pH $<$ 7). Larutan penyangga basa adalah larutan yang akan mempertahankan nilai pH pada kondisi basa (pH $>$ 7).

Larutan penyangga asam terdiri dari larutan asam lemah dan basa konjugasinya, sedangkan larutan penyangga basa terdiri dari larutan basa lemah dan asam konjugasinya.

Basa konjugasi terbentuk setelah asam lemah melepaskan satu H⁺, sedangkan asam konjugasi terbentuk setelah basa lemah menangkap satu H⁺.

HCOOH termasuk asam lemah.

HCOOH $\rightleftharpoons$ H⁺ $+\$HCOO^-

Jadi basa konjugasi dari HCOOH adalah HCOO^-.

Jadi konsentrasi H⁺ dari larutan penyangga yang mengandung asam format dapat dinyatakan oleh persamaan

$\left[\text{H}^+\right]=K_{\text{a}}\frac{\left[\text{HCOOH}\right]}{\left[\text{HCOO}^-\right]}$

Rumus yang digunakan untuk menentukan konsentrasi ion H⁺ pada larutan penyangga asam adalah sebagai berikut.

$\left[\text{H}^+\right]=K_{\text{a}}\times\frac{a}{g}$ atau $\text{pH}=\text{p}K_{\text{a}}-\log\frac{a}{g}$

Keterangan:

$a$ $=$ mol asam lemah (mol)

g $=$ mol garam/basa konjugasi (mol)

K_a $=$ tetapan ionisasi asam

Agar nilai pH sama dengan pKa, maka nilai $\log\frac{a}{g}=0$.

Nilai logaritma yang bernilai 0 adalah log (1).

Maka $\frac{a}{g}=1$; sehingga nilai $a=g$.

Jadi untuk mendapatkan nilai pH suatu larutan penyangga asam sama dengan nilai pK_a-nya, maka kondisi yang benar adalah mol asam lemah $=$ mol garam/basa konjugasinya.

Larutan penyangga adalah larutan yang dapat mempertahankan nilai pH tertentu. Larutan ini dibedakan menjadi dua macam, yaitu larutan penyangga asam dan larutan penyangga basa. Larutan penyangga asam adalah larutan yang dapat mempertahankan nilai pH pada kondisi asam (pH $<$ 7). Larutan penyangga basa adalah larutan yang akan mempertahankan nilai pH pada kondisi basa (pH $>$ 7).

Larutan penyangga asam terdiri dari larutan asam lemah dan basa konjugasinya, sedangkan larutan penyangga basa terdiri dari larutan basa lemah dan asam konjugasinya.

Berdasarkan soal, penambahan sedikit asam dan basa tidak mengubah nilai pH secara signifikan sebab perubahan hanya sekitar 0,05. Larutan semacam ini termasuk larutan penyangga. Dan berdasarkan pH awal yaitu 2, maka larutan termasuk larutan penyangga asam (menjaga kondisi pH asam).

Maka jenis campuran larutan tersebut adalah larutan penyangga asam.

Larutan penyangga adalah larutan yang dapat mempertahankan nilai pH tertentu. Larutan ini dibedakan menjadi dua macam, yaitu larutan penyangga asam dan larutan penyangga basa. Larutan penyangga asam adalah larutan yang dapat mempertahankan nilai pH pada kondisi asam (pH $<$ 7). Larutan penyangga basa adalah larutan yang akan mempertahankan nilai pH pada kondisi basa (pH $>$ 7).

• Larutan penyangga asam terdiri dari larutan asam lemah dan basa konjugasinya, sedangkan larutan penyangga basa terdiri dari larutan basa lemah dan asam konjugasinya.
• Basa konjugasi terbentuk setelah asam lemah melepaskan satu H⁺, sedangkan asam konjugasi terbentuk setelah basa lemah menangkap satu H⁺.

Larutan penyangga asam bekerja dengan dua cara:

1. Penambahan sedikit asam akan bereaksi dengan basa konjugasi.
2. Penambahan sedikit basa akan bereaksi dengan asam lemah.

Asam asetat : CH₃COOH

CH₃COOH $\longrightarrow$ H⁺ $+$ CH₃COO^-

Basa konjugasi : CH₃COO^-

Karena larutan yang ditambahkan adalah asam sulfat (bersifat asam), maka asam sulfat akan bereaksi dengan basa konjugasi dari asam asetat.

Reaksi yang terjadi adalah sebagai berikut.

CH₃COO^- $+$ H₂SO₄ $\longrightarrow$ CH₃COOH $+$ HSO₄^-

Rumus yang digunakan untuk menentukan konsentrasi ion H⁺ pada larutan penyangga asam adalah sebagai berikut.

$\left[\text{H}^+\right]=K_{\text{a}}\times\frac{a}{g}$

Keterangan:

$a$ $=$ mol asam lemah (mol)

g $=$ mol garam/basa konjugasi (mol)

K_a $=$ tetapan ionisasi asam

Diketahui:

$a=0,3\ \text{mol}$

$\left[\text{H}^+\right]=2K_{\text{a}}$

Ditanya: $g$?

Dijawab:

$\left[\text{H}^+\right]=K_{\text{a}}\times\frac{a}{g}$

$2K_{\text{a}}=K_{\text{a}}\times\frac{0,3}{g}$

$2=\frac{0,3}{g}$

$g=\frac{0,3}{2}$

$g=0,15$

Jadi mol garam yang digunakan adalah 0,15 mol.

Rumus yang digunakan untuk menentukan konsentrasi ion hidroksida pada larutan penyangga basa adalah sebagai berikut.

$\left[\text{O}\text{H}^-\right]=K_b\times\frac{b}{g}$ atau $\text{pOH}=\text{p}K_{\text{b}}-\log\frac{b}{g}$

Keterangan:

$b$ $=$ mol basa lemah (mol)

g $=$ mol garam/asam konjugasi (mol)

K_b $=$ tetapan ionisasi basa

Diketahui:

$\text{pH akhir}=9$

$K_{\text{b}}\ \text{Fe}\left(\text{OH}\right)_2=5\times10^{-5}$

$n\ \text{Fe}\left(\text{OH}\right)_2=0,46\ \text{mol}$

$A_{\text{r}}\text{Fe}=56\ \text{g.mol}^{-1}$

$A_{\text{r}}\text{H}=1\ \text{g.mol}^{-1}$

$A_{\text{r}}\text{}\text{O}=16\ \text{g.mol}^{-1}$

$A_{\text{r}}\text{C}\text{l}=35,5\ \text{g.mol}^{-1}$

Ditanya: $\text{massa garam}$?

Dijawab:

Penentuan konsentrasi pOH larutan akhir

$\text{pOH}=14-\text{pH}$

$=14-9$

$=5$

Penentuan konsentrasi OH^- pada larutan akhir

$\left[\text{OH}^-\right]=10^{-\text{pOH}}$

$=10^{-5}$

Perhatikan bagan berikut!

Mol yang digunakan untuk bereaksi adalah mol yang tersisa setelah reaksi antara asam dan basa.

$b=\text{mol Fe}\left(\text{OH}\right)_2=\left(0,46-x\right)\ \text{mol}$

$g=\text{mol Fe}\left(\text{OH}\right)\text{Cl}=x\ \text{mol}$

$\left[\text{O}\text{H}^-\right]=K_{\text{b}}\times\frac{b}{g}$

$10^{-5}=5\times10^{-5}\times\frac{0,46-x}{x}$

$x10^{-5}=5\times10^{-5}\times\left(0,46-x\right)$

$x10^{-5}=\left(2,3\times10^{-5}\right)-\left(5x\times10^{-5}\right)$

$x10^{-5}+5x\times10^{-5}=2,3\times10^{-5}$

$\left(x+5x\right)10^{-5}=2,3\times10^{-5}$

$6x=2,3$

$x=0,38$

Maka,

$g=\text{mol Fe}\left(\text{OH}\right)\text{Cl}=x\ \text{mol}=0,38\ \text{mol}$

Penentuan M_r Fe(OH)Cl

$M_{\text{r}}=A_{\text{r}}\text{Fe}+A_{\text{r}}\text{O}+A_{\text{r}}\text{H}+A_{\text{r}}\text{Cl}$

$=\left(56+16+1+35,5\right)\ \text{g.mol}^{-1}$

$=108,5\ \text{g.mol}^{-1}$

Penentuan massa Fe(OH)Cl

$\text{mol Fe(OH)}\text{Cl}\text{}=\frac{\text{massa}}{M_{\text{r}}}$

$0,38\ \text{mol}=\frac{\text{massa}}{108,5\ \text{gmol}^{-1}}$

$\text{massa}=0,38\ \text{mol}\times108,5\ \text{gmol}^{-1}$

$\text{massa}=41,23\ \text{}\text{g}$

Maka garam yang terbentuk adalah Fe(OH)Cl dengan massa 41,23 g.

Larutan penyangga adalah larutan yang dapat mempertahankan nilai pH tertentu. Larutan ini dibedakan menjadi dua macam, yaitu larutan penyangga asam dan larutan penyangga basa. Larutan penyangga asam adalah larutan yang dapat mempertahankan nilai pH pada kondisi asam (pH $<$ 7). Larutan penyangga basa adalah larutan yang akan mempertahankan nilai pH pada kondisi basa (pH $>$ 7).

Larutan penyangga asam terdiri dari larutan asam lemah dan basa konjugasinya, sedangkan larutan penyangga basa terdiri dari larutan basa lemah dan asam konjugasinya.

Jika dimisalkan asam lemah sebagai HA, maka reaksi ionisasi yang terjadi adalah sebagai berikut:

HA $\rightleftharpoons$ H⁺ $+$ A^-

$K_{\text{a}}=\frac{\left[\text{A}^-\right]\left[\text{H}^+\right]}{\left[\text{HA}\right]}$

$\left[\text{H}^+\right]=K_{\text{a}}\frac{\left[\text{HA}\right]}{\left[\text{A}^-\right]}$

Jika diketahui $\frac{\left[\text{HA}\right]}{\left[\text{A}^-\right]}=\frac{1}{1}=1$, maka:

$\left[\text{H}^+\right]=K_{\text{a}}\left(1\right)$

$\left[\text{H}^+\right]=K_{\text{a}}$

$\text{pH}=\text{p}K_{\text{a}}$

Maka kondisi berikut yang sesuai adalah pH $=$ pK_a.

Rumus yang digunakan untuk menentukan konsentrasi ion hidroksida pada larutan penyangga basa adalah sebagai berikut.

$\left[\text{O}\text{H}^-\right]=K_b\times\frac{b}{g}$ atau $\text{pOH}=\text{p}K_{\text{b}}-\log\frac{b}{g}$

Keterangan:

$b$ $=$ mol basa lemah (mol)

g $=$ mol garam/asam konjugasi (mol)

K_b $=$ tetapan ionisasi basa

Diketahui:

$\text{pH NH}_3=12$

$V_{\text{NH}_3}=25\ \text{mL}$

$\text{massa garam}=160,5\ \text{mg}$

$\text{mol HCl sisa}=0$

$V_{\text{HCl}}=100\ \text{mL}$

$K_{\text{b}}=1,8\times10^{-5}$

$A_{\text{r}}\text{H}=1\ \text{g.mol}^{-1}$

$A_{\text{r}}\text{N}=14\ \text{g.mol}^{-1}$

$A_{\text{r}}\text{}\text{O}=16\ \text{g.mol}^{-1}$

$A_{\text{r}}\text{C}\text{l}=35,5\ \text{g.mol}^{-1}$

Ditanya: pH campuran?

Dijawab:

Penentuan konsentrasi pOH NH₃

$\text{pOH}=14-\text{pH}$

$=14-12$

$=2$

$\left[\text{OH}^-\right]=10^{-\text{pOH}}$

$=10^{-2}$

Penentuan konsentrasi NH₃

$\left[\text{OH}^-\right]=\sqrt{K_{\text{b}}\times\left[\text{NH}_3\right]}$

$10^{-2}=\sqrt{1,8\times10^{-5}\times\left[\text{NH}_3\right]}$

$\left(10^{-2}\right)^2=1,8\times10^{-5}\times\left[\text{NH}_3\right]$

$10^{-4}=1,8\times10^{-5}\times\left[\text{NH}_3\right]$

$\left[\text{NH}_3\right]=\frac{10^{-4}}{1,8\times10^{-5}}$

$\left[\text{NH}_3\right]=5,56$

Penentuan mol NH₃

$\text{mol NH}_3=\left[\text{NH}_3\right]\times V_{\text{NH}_3}$

$=5,56\ \text{M}\times25\ \text{mL}\$

$=139\ \text{mmol}$

$=0,139\ \text{mol}$

Reaksi yang terjadi antara HCl dan NH₃ adalah sebagai berikut.

HCl $+$ NH₃ $\longrightarrow$ NH₄Cl

Garam yang terbentuk adalah NH₄Cl.

Penentuan M_r NH₄Cl

$M_{\text{r}}=A_{\text{r}}\text{N}+4\left(A_{\text{r}}\text{H}\right)+A_{\text{r}}\text{Cl}$

$=\left(14+\left(4\times1\right)+35,5\right)\ \text{g.mol}^{-1}$

$=53,5\ \text{g.mol}^{-1}$

Penentuan mol NH₄Cl

$\text{mol NH}_4\text{Cl}\text{}=\frac{\text{massa}}{M_{\text{r}}}$

$=\frac{160,5\ \text{mg}}{53,5\ \text{gmol}^{-1}}$

$=3\ \text{mmol}$

$=0,003\ \text{mol}$

Perhatikan bagan berikut!

Karena di akhir reaksi tersisa basa lemah (NH₃) dan asam konjugasi (NH4⁺ dalam NH₄Cl), maka campuran yang terbentuk merupakan larutan penyangga basa.

Penentuan pH akhir, berdasarkan pH larutan penyangga basa NH₃ - NH₄Cl.

$\left[\text{O}\text{H}^-\right]=K_b\times\frac{b}{g}$ 

$=1,8\times10^{-5}\times\frac{0,136}{0,003}$

$=8,16\times10^{-4}$

$\text{pOH}=-\log\left[\text{O}\text{H}^-\right]$

$=-\log\left(8,16\times10^{-4}\right)$

$=4-\log8,16$

$\text{pH}=14-\text{pOH}$

$=14-\left(4-\log8,16\right)$

$=10+\log8,16$

$=10,91$

Maka perubahan pH larutan penyangga yang terbentuk adalah 10,91.

Rumus yang digunakan untuk menentukan konsentrasi ion H⁺ pada larutan penyangga asam adalah sebagai berikut.

$\left[\text{H}^+\right]=K_{\text{a}}\times\frac{a}{g}$

Keterangan:

$a$ $=$ mol asam lemah (mol)

g $=$ mol garam/basa konjugasi (mol)

K_a $=$ tetapan ionisasi asam

Diketahui:

$\left[\text{CH}_3\text{COOH}\right]=0,4\ \text{M}$

$V_{\text{CH}_3\text{COOH}}=50\ \text{mL}$

$\left[\text{NaOH}\right]=0,2\ \text{M}$

$V_{\text{NaOH}}=50\ \text{mL}$

Ditanya: pH sebelum dan sesudah direaksikan dengan basa?

Dijawab:

Penentuan pH sebelum direaksikan dengan basa, didasarkan pada pH asam lemah CH₃COOH

$\left[\text{H}^+\right]=\sqrt{K_{\text{a}}\times\left[\text{CH}_3\text{COOH}\right]}$

$=\sqrt{1\times10^{-5}\times0,4\ }$

$=2\times10^{-3}$

$\text{pH}=-\log\left[\text{H}^+\right]$

$=-\log\left(2\times10^{-3}\right)$

$=3-\log2$

$=2,70$

Penentuan pH sesudah direaksikan dengan basa

$\text{mol CH}_3\text{COOH}=\left[\text{CH}_3\text{COOH}\right]\times V_{\text{CH}_3\text{COOH}}$

$=0,4\ \text{M}\times50\ \text{mL}\$

$=20\ \text{mmol}$

$\text{mol NaOH}=\left[\text{NaOH}\right]\times V_{\text{NaOH}}$

$=0,2\ \text{M}\times50\ \text{mL}$

$=10\ \text{mmol}$

Perhatikan bagan berikut!

Karena yang tersisa adalah asam lemah (CH₃COOH) dan garam/basa konjugasinya (CH₃COONa), maka perhitungan pH berdasarkan jenis larutan penyangga asam.

$g=\text{mol CH}_3\text{COONa}=10\ \text{mmol}$

$a=\text{mol CH}_3\text{COOH}=10\ \text{mmol}$

$\left[\text{H}^+\right]=K_{\text{a}}\times\frac{a}{g}$

$=1\times10^{-5}\times\frac{10}{10}$

$=1\times10^{-5}$

$\text{pH}=-\log\left[\text{H}^+\right]$

$=-\log\left(1\times10^{-5}\right)$

$=5$

Maka pH larutan sebelum dan sesudah direaksikan dengan basa adalah 2,7 dan 5,0.

Rumus yang digunakan untuk menentukan konsentrasi ion H⁺ pada larutan penyangga asam adalah sebagai berikut.

$\left[\text{H}^+\right]=K_{\text{a}}\times\frac{a}{g}$

Keterangan:

$a$ $=$ mol asam lemah (mol)

g $=$ mol garam/basa konjugasi (mol)

K_a $=$ tetapan ionisasi asam

Diketahui:

$a=0,55\ \text{mol}$

$g=0,11\ \text{mol}$

Ditanya: Hubungan pH dan pK_a?

Dijawab:

$\left[\text{H}^+\right]=K_{\text{a}}\times\frac{a}{g}$

$\text{pH}=\text{p}K_{\text{a}}-\log\frac{a}{g}$

$=\text{p}K_{\text{a}}-\log\frac{0,55\ \text{mol}}{0,11\ \text{mol}}$

$=\text{p}K_{\text{a}}-\log5$

Karena nilai $\text{pH}=\text{p}K_{\text{a}}-\log5$; maka $\text{pH}<\text{p}K_{\text{a}}$.