LARUTAN BUFFER

BUFFER ialah suatu larutan encer yang mengandung asam lemah dan basa konjugatnya atau basa lemah dan asam konjugatnya. Perubahan pH-nya sangat kecil ketika sedikit asam atau basa kuat ditambahkan kepadanya dan dengan demikian digunakan untuk mencegah per-ubahan pH dalam larutan. Larutan buffer digunakan untuk mempertahankan pH pada nilai yang hampir konstan dalam berbagai aplikasi kimia. Banyak bentuk kehidupan berkembang hanya dalam rentang pH yang relatif kecil sehingga mereka memanfaatkan larutan buffer untuk mempertahankan pH konstan. Salah satu contoh larutan buffer ditemukan di alam adalah darah.

Dasar Pembufferan

Larutan buffer mencapai ketahanannya terhadap perubahan pH karena adanya kesetimbangan antara asam HA dan basa konjugasinya A.

HA   ═   H+ + A

Bila sejumlah asam kuat ditambahkan ke kesetimbangan campuaran asam lemah dan basa konjugatnya, kesetimbangannya bergeser ke kiiri, sesuai dengan azas Le Chatelier. Karena itu, konsentrasi ion hidrogen meningkat sebesar kurang dari jumlah yang diharapkan untuk jumlah asam kuat yang ditambahkan.

Demikian pula, jika kuat alkali ditambahkan ke campuran konsentrasi ion hidrogen berkurang dengan kurang dari jumlah yang diharapkan untuk jumlah alkali yang ditambahkan. Efek ini diilustrasikan oleh titrasi simulasi dari asam lemah dengan pKa = 4,7.

Konsentrasi relatif asam tak terdisosiasi ditunjukkan dengan warna biru dan basa konjugasinya merah. Perubahan pH relatif lambat di daerah penyangga, pH = pKa ± 1, berpusat pada pH = 4,7 dimana [HA] = [A]. Konsentrasi ion hidrogen berkurang kurang dari jumlah yang diharapkan karena sebagian besar ion hidroksida yang ditambahkan dikonsumsi dalam reaksi.

OH + HA → H2O + A

Dan hanya  sedikit yang dikonsumsi dalam reaksi netralisasi yang yang dihasilkan dalam peningkatan pH.

OH + H+ → H2O

Sekali asam terdeprotonasi lebih dari 95% pH naik dengan cepat karena kebanyakan dari alkali (basa) yang ditambahkan dihabis-kan dalam reaksi netralisasi.

Aplikasi

Larutan buffer diperlukan untuk menjaga pH yang tepat untuk enzim dalam banyak organisme untuk bekerja. Banyak enzim bekerja hanya pada kondisi sangat tepat; bila pH bergerak ke luar dari rentang yang sempit, maka kerja enzim melambat atau bahkan berhenti dan dapat mengalami denaturasi atau kehilangan sifat alaminya. Dalam banyak kasus denaturasi dapat melumpuh-kan aktivitas katalitiknya secara permanen. Buffer asam karbonat (H2CO3) dan bikarbonat (HCO3) terdapat dalam plasma darah, untuk mempertahankan pH antara 7,35 dan 7,45.

Secara industri, larutan buffer digunakan dalam proses fermentasi dan dalam pengaturan kondisi yang tepat untuk bahan pewarna yang digunakan di pabrik pewarnaan. Larutan buffer juga digunakan dalam analisis kimia dan kalibrasi pH meter.

Mayoritas sampel biologi yang digunakan dalam riset dibuat dengan buffer, terutama air asin yang dibufferkan dengan fosfat (PBS) pada pH 7,4.

Zat Pembuffer Sederhana

Untuk buffer dalam daerah asam, pH dapat diatur pada nilai yang diinginkan dengan menambahkan asam kuat seperti HCl untuk zat pembuffer. Untuk buffer basa, basa kuat seperti NaOH dapat ditambahkan.  Sebagai alternatif, buffer campuran dari asam dan basa konjugatnya dapat dibuat. Misalnya, suatu buffer asetat dapat dibuat dari campuran asam asetat dan natrium asetat. Demikian pula dengan buffer basa dapat dibuat dari campuran basa dan asam konjugatnya.

Zat pembuffer

pKa

Rentang pH

Asam sitrat

3,13; 4,76; 6,40

2,1 – 7,4

Asam asetat

4,8

3,8 – 5,8

K2HPO4

7,2

6,2 – 8,2

CHES

9,3

8,3–10,3

Borat

9,24

8,25 – 10,25

Campuran Buffer “Universal”

Dengan menggabungkan zat-zat dengan nilai pKa berbeda dengan hanya dua atau kurang dan mengatur pH, rentang buffer yang luas dapat diperoleh. Asam sitrat adalah suatu komponen yang berguna dari campuran buffer karena ia memiliki tiga nilai  pKa, terpisah oleh kurang dari dua. Rentang buffer dapat ditingkatkan dengan penambahan bahan penyangga lain. Campuran dua-komponen yang berikut (larutan buffer McIlvaine) mempunyai kisaran buffer dari pH 3 sampai 8.

0,2M Na2HPO4 /mL

0,1M Asam sitrat /mL

pH…

20,55

79,45

3,0

38,55

61,45

4,0

51,50

48,50

5,0

63,15

36,85

6,0

82,35

17,65

7,0

97,25

2,75

8,0

Suatu campuran yang mengandung asam sitrat, kalium hidrogen fosfat, asam borat, dan dietil asam barbiturat dapat dibuat untuk mengubah rentang pH 2,6 – 12.

Buffer universal lain ialah buffer Carmody dan buffer Robinson, yang dikembangkan pada 1931.

Zat pembuffer

pKa

Rentang pH

Asam sitrat

3,13; 4,76; 6,40

2,1 – 7,4

Asam asetat

4,8

3,8 – 5,8

K2HPO4

7,2

6,2 – 8,2

CHES

9,3

8,3–10,3

Borat

9,24

8,25 – 10,25

Campuran Buffer “Universal”

Dengan menggabungkan zat-zat dengan nilai pKa berbeda dengan hanya dua atau kurang dan mengatur pH, rentang buffer yang luas dapat diperoleh. Asam sitrat adalah suatu komponen yang berguna dari campuran buffer karena ia memiliki tiga nilai  pKa, terpisah oleh kurang dari dua. Rentang buffer dapat ditingkatkan dengan penambahan bahan penyangga lain. Campuran dua-komponen yang berikut (larutan buffer McIlvaine) mempunyai kisaran buffer dari pH 3 sampai 8.

0,2M Na2HPO4 /mL

0,1M Asam sitrat /mL

pH…

20,55

79,45

3,0

38,55

61,45

4,0

51,50

48,50

5,0

63,15

36,85

6,0

82,35

17,65

7,0

97,25

2,75

8,0

Suatu campuran yang mengandung asam sitrat, kalium hidrogen fosfat, asam borat, dan dietil asam barbiturat dapat dibuat untuk mengubah rentang pH 2,6 – 12.

Buffer universal lain ialah buffer Carmody dan buffer Robinson, yang dikembangkan pada 1931.

Senyawa Buffer Umum yang Digunakan dalam Biologi

Buffer biologis mencakup rentang pH 1,9 sampai 11:

Buffer biologis antara pH 1,9 sampai 11:

1.      TAPS atau {[tris(hidroksimetil)metil]amino}asam propanasulfonat

·         pKa pada 25 oC: 8,43

·         Rentang buffer: 7,7–9.1

·         Efek suhu dpH/dT dalam (1/K): −0,018

·         Berat molekul: 243,3

2.      Bicine (N,N-bis(2-hidroksietil)glisina)

·         pKa pada 25 oC: 8,35

·         Rentang buffer: 7,6–9,0

·         Efek suhu dpH/dT dalam (1/K): −0,018

·         Berat molekul: 163,2

3.      Tris (tris(hidroksimetil)metilamina)

·         pKa pada 25 oC: 8,06

·         Rentang buffer: 7,5–9,0

·         Efek suhu dpH/dT dalam (1/K): −0,028

·         Berat molekul: 121,14

4.      Tricine (tris(hidroksimetil)metilglisina)

·         pKa pada 25 oC: 8,05

·         Rentang buffer: 7,4–8,8

·         Efek suhu dpH/dT dalam (1/K): −0,021

·         Berat molekul: 179,2

5.      TAPSO (3-[N-Tris(hidroksimetil)metilamino]-2-hidroksi propana asam sulfonat)

·         pKa pada 25 oC: 7,635

·         Rentang buffer: 7,0–8,2

·         Efek suhu dpH/dT dalam (1/K): —

·         Berat molekul: 259,3

6.      HEPES (4-2-hidroksietil-1-piperazinaetana asam sulfonat)

·         pKa pada 25 oC: 7,48

·         Rentang buffer: 6,8–8,2

·         Efek suhu dpH/dT dalam (1/K): – 0,014

·         Berat molekul: 238,3

7.      TES (-{[tris(hidroksimetil)metil]amino}etana asam sulfonat)

·         pKa pada 25 oC: 7,40

·         Rentang buffer: 6,8–8,2

·         Efek suhu dpH/dT dalam (1/K): – 0,020

·         Berat molekul: 229,20

8.      MOPS (3-(N-morfolino)propana asam sulfonat)

·         pKa pada 25 oC: 7,20

·         Rentang buffer: 6,5–7,9

·         Efek suhu dpH/dT dalam (1/K): – 0,010

·         Berat molekul: 209,30

9.      PIPES (piperazina-N,N′-bis(2-etana asam sulfonat)

·         pKa pada 25 oC: 6,76

·         Rentang buffer: 6,1–7,5

·         Efek suhu dpH/dT dalam (1/K): – 0,008

·         Berat molekul: 302,4

10.  Cocadylate (asam dimetilarsinat)

·         pKa pada 25 oC: 6,27

·         Rentang buffer: 5,0–7,4

·         Efek suhu dpH/dT dalam (1/K): – –

·         Berat molekul: 138,0

11.  SSC (saline sodium citrate)

·         pKa pada 25 oC: 7,0

·         Rentang buffer: 6,5–7,5

·         Efek suhu dpH/dT dalam (1/K): – –

·         Berat molekul: 189,1

12.  MES (2-(N-morfolino)etana asam sulfonat)

·         pKa pada 25 oC: 6,15

·         Rentang buffer: 5,5–6,7

·         Efek suhu dpH/dT dalam (1/K): – 0,001

·         Berat molekul: 195,2

13.  Asam Suksinat (2(R)-2-(metilamino) asam suksinat)

·         pKa pada 25 oC: 7,4 (?)

·         Rentang buffer: 7,4–7,5

·         Efek suhu dpH/dT dalam (1/K): —

·         Berat molekul: —

Kapasitas Buffer

Kapasitas buffer, β, ialah penentuan kuantitatif dari daya tahan suatu larutan buffer terhadap perubahan pH atas penambah-an ion hidroksida. Hal ini dapat didefinisikan sebagai berikut:

β = dn/d(p[H+])

dimana dn adalah suatu jumlah basa yang ditambahkan sangat kecil sekali dan d(p[H+]) ialah perubahan yang dihasilkan sangat kecil sekali dalam logaritma konsentrasi ion hidrogen. Dengan definisi ini kapasitas penyangga (buffer) dari suatu asam lemah, dengan konstanta disosiasi Ka, dapat dinyatakan sebagai berikut:

dn/d(pH) = 2,303 ([H+] + CAKa [H+]/(Ka + [H+])2 + [OH¯]

di mana CA adalah konsentrasi asam analitik. pH didefinisikan sebagai ─log10[H+].

Ada tiga daerah kapasitas buffer tinggi:

  • Pada p[H+] sangat rendah keadaan pertama mendominasi dan peningkatan β dalam perbandingannya dengan konsentrasi ion hidrogen. Ini tidak tergantung dari ada atau tidak adanya bahan penyangga dan penggunaan pada semua pelarut.
  • Dalam daerah p[H+] = pKa ± 2 keadaan kedua menjadi penting. Kapasitas buffer sebanding dengan konsentrasi bahan penyangga, CA, sehingga larutan encer mempunyai kapasitas buffer kecil.
  • Pada p[H+] sangat tinggi keadaan ketiga mendominasi dan β meningkat dalam perbandingannya dengan konsentrasi ion hidroksida. Ini karena ionisasi-sendiri dari air dan tidak tergantung dari ada atau tidak adanya bahan penyangga.

Kapasitas buffer dari bahan pembuffer ialah pada p[H+] = pKa maksimum. Hal ini merosot sampai 33% dari nilai maksimum  pada p[H+] = pKa ± 1 dan menjadi 10% pada p[H+] = pKa ± 1,5. Atas alasan ini rentang yang berguna ialah sekitar pKa ± 1.

Perhitungan pH Buffer

Asam Monoprotik

Pernyataan kesetimbangan berikut adalah:

HA   ═   A + H+

Ini menunjukkan bahwa ketika asam berdisosiasi sama dengan jumlah ion hidrogen dan anion yang dihasilkan. Konsentrasi kesetimbangan dari tiga komponen tersebut dapat dihitung dalam tabel ICE.

Tabel-13.2. Tabel ICE untuk asam monoprotik

[HA]

[A]

[H+]

I

C0

0

y

C

-x

x

x

E

C0-x

x

x+y

Baris pertma, diberi label “I”, mencantumkan kondisi awal: konsentrasi asam adalah C0, yang tidak terdisosiasi awalnya, sehingga konsentrasi A dan H+ akan menjadi nol; y adalah konsentrasi awal yang ditambahkan dengan asam kuat, seperti HCl. Bila basa kuat, seperti NaOH, ditambahkan y akan memiliki tanda negatif karena basa menghilangkan ion hidrogen dari larutan.

Baris kedua, diberi label “C” untuk berubah, perubahan khusus yang terjadi tatkala asam berdisosiasi. Konsentrasi asam berkurang sejumlah –x dan konsentrasi A dan H+ keduanya meningkat sebesar +x. Ini mengikuti dari pernyataan kesetim-bangan.

Baris ketiga, diberi label “E” untuk konsentrasi kesetim-bangan, penambahan bersama dua baris pertama dan menunjuk-kan konsentrasi pada kesetimbangan.

Untuk mendapatkan x, gunakan rumus untuk konstanta kesetimbangan dalam keadaan konsentrasi:

 

Ka= [H+][A]/[HA]

Substitusikan konsentrasi dengan nilai yang didapat pada baris terakhir dari tabel “ICE”:

Ka = x(x + y) / C0x

Disederhanakan menjadi :

x2 + (Ka + y)x – KaC0 =0

Dengan nilai spesifik untuk C0, Ka dan y persamaan ini dapat diselesaikan untuk x. Asumsikan bahwa pH = -log10[H+] pH ini dapat dihitung sebagai pH = -log10x.

Asam Poliprotik

Asam poliprotik ialah asam-asam yang dapat kehilangan lebih dari satu proton. Konstanta untuk disosiasi proton pertama dapat ditandai dengan Ka1 dan konstanta untuk disosiasi dari proton selanjutnya Ka2, dst. Asam sitrat, H3A, ialah satu contoh asam poliprotik karena ia dapat kehilangan tiga proton.

Kesetimbangan

Nilai pKa

H3A   ═  H2A + H+

pKa1 = 3.13

H2A  ═  HA2− + H+

pKa2 = 4.76

HA2−  ═  A3− + H+

pKa3 = 6.40

Bila perbedaan antara nilai pK selanjutnya kurang dari tiga ada tumpang-tindih antara rentang pH yang ada dari spesies dalam kesetimbangan. Lebih kecil perbedaan, lebih banyak tumpang-tindih. Dalam hal asam sitrat, tumpang-tindih yang meluas dan larutan asam sitrat dibufferkan melebihi seluruh rentang pH 2,5 – 7,5.

Perhitungan pH dengan asam poliprotik memerlukan sebuah perhitungan khusus. Dalam hal asam sitrat, penyebab solusi ini dari dua persamaan keseimbangan massa:

CA = [A3-] + β1[A3-][H+] + β2[A3-][H+]2 + β3[A3-][H+]3

CH = [H+] + β1[A3-][H+] + 2β2[A3-][H+]2 + 3β3[A3-][H+]3Kw[H]-1

CA adalah konsentrasi analitik asam, CH adalah konsentrasi analitik dari ion hidrogen yang ditambahkan, βq adalah konstanta penggabungan kumulatif,

log β1 = pKa3; log β2 = pKa2; log β3 = pKa1 + pKa2 + pKa3

Kwadalah konstanta untuk ionisasi-sendiri air. Ada dua persamaan simultan non-linier dalam dua kuantitas tidak diketahui yaitu [A3-] dan [H+]. Banyak program komputer yang tersedia untuk asam sitrat yang dihasilkan dengan program HySS.

Pada umumnya dua persamaan keseimbangan-massa dapat ditulis sebagai berikut:

CA = [A] + Σ q [A]p [H+]q

CH = [H+] + Σ q [A]p [H+]qKw[H]−1

Dalam pernyataan umum ini [A] tetap untuk konsentrasi dari asam yang terdeprotonasi secara penuh dan muatan listrik pada spesies ini tidak khas.

Cara Membuat Larutan Buffer

Cara Membuat Larutan Buffer

Di bawah ini adalah cara membuat larutan buffer mulai dari pH 2,2 sampai pH 10. Larutan buffer dari pH 2,2 sampai pH pH 8,0 dibuat dari larutan asam sitrat 0,1 M dan larutan dinatrium hidrogen fosfat 0,2 M. Sedangkan untuk buffer pH 9,2 sampai buffer pH 10 dibuat dari larutan larutan Natrium karbonat 0,2 M dan natrium hidrogen karbonat 0,2 M. Berikut adalah cara pembuatannya:

Buffer pH 2,2. Campurkan sebanyak 980 ml larutan asam sitrat 0,1 M dengan 20 ml larutan dinatrium hidrogen fosfat 0,2 M.

Buffer pH 3,0. Campurkan sebanyak 798,5 ml asam sitrat 0,1 M dengan 205,5 mL larutan dinatrium hidrogen fosfat 0,2 M

Buffer pH 4,0. Campurkan 614,5 mL asam sitrat 0,1 M dengan 385,5 mL larutan Dinatrium hidrogen fosfat 0,2 M.

Buffer pH 5,0. Campurkan 485 mL larutan asam sitrat 0,1 M dengan 515 ml larutan dinatrium hidrogen fosfat 0,2 M.

Buffer pH 6,0. Campurkan sebanyak 368,5 ml larutan asam sitrat 0,1 M dengan 631,5 mL larutan dinatrium hidrogen fosfat 0,2 M.

Buffer pH 7,0. Campurkan sebanyak 176,5 mL larutan asam sitrat 0,1 M dengan 823,5 mL larutan dinatrium hidrogen fosfat 0,2 M.

Buffer pH 8,0.  Cara-1: Campurkan 27,5 mL larutan asam sitrat 0,1 M dengan 972,5 mL larutan dinatrium hidrogen fosfat 0,2 M. Cara-2: Campurkan 20 mL larutan Natrium Hidrogen Fosfat 0,2 M dengan 473 mL larutan Natrium Hidrogen Fosfat 0,2 M, lalu encerkan dengan akuades hingga 1 liter.

Buffer pH 9,2. Campurkan 20 mL larutan natrium karbonat 0,2 M dengan 230 mL larutan natrium hidrogen karbonat 0,2 M, lalu encerkan dengan akuades hingga 1 liter.

Buffer pH 10. Campurkan 137 mL larutan natrium karbonat 0,2 M dengan 112 mL larutan  natrium hidrogen karbonat 0,2 M, lalu encerkan dengan akuades hingga 1 liter.

Buffer Ammonium klorida. Larutkan 67,5 gr NH4Cl tambah 570ml NH4OH dalam 1 liter aquades.

Leave a Reply

Fill in your details below or click an icon to log in:

WordPress.com Logo

You are commenting using your WordPress.com account. Log Out / Change )

Twitter picture

You are commenting using your Twitter account. Log Out / Change )

Facebook photo

You are commenting using your Facebook account. Log Out / Change )

Google+ photo

You are commenting using your Google+ account. Log Out / Change )

Connecting to %s